CN106471960B - 一种新型智能种子种植机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型智能种子种植机，包括支架，固定于支架上的电机，电机连接驱动轮，驱动轮通过皮带与从动轮连接，从动轮通过转轴与旋转圆盘连接，旋转圆盘上设有两个气缸，一个气缸连接铲子，一个气缸连接压实板；机架的另一端设有储存腔，储存腔下端连接出料通道、物料挡板以及控制器；储存腔包括并列设置的种子储存腔和种肥储存腔，种子储存腔出料通道内部设置有视频采集处理器，种肥储存腔底部设置有称重测量器。本发明的新型智能种子种植机，通过视频图像采集处理器统计得到被测种子颗粒物的数量与施肥重量的比例，通过控制器可控制这一比例，并通过控制电机速度达到智能均匀播种的目的。

Description

一种新型智能种子种植机

技术领域

本发明属于农业生产技术领域，尤其涉及一种新型智能种子种植机。

背景技术

在农业种植生产中，通常人们采用人工播种的方式对农田进行播种，而且需要依次对种植区域的进行播种种植，通过人工播撒种子的工作效率较低，而且工作强度较大，不利于种植人员的身体健康，同时效率也较为低下，费时费力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型智能种子种植机，旨在解决现有技术功能单一、低效率的问题，可以同时对多个种区域进行播种种植，提高工作效率。

本发明是这样实现的，一种新型智能种子种植机通过如下方法控制播种和施肥速度：

步骤一、通过视频图像采集处理器获取种子储存器出料通道中被测种子颗粒物的图像；

步骤二、在获取的图像中定义一预览区域的一特定区域；

步骤三、利用视频图像采集处理器提取至少一预览图像；

步骤四、利用视频图像采集处理器判定定义的种子颗粒物件是否存在于该预览图像中；

步骤五、当该种子颗粒物件存在于该预览图像中，决定该种子颗粒物件是否出现在该特定区域至少一预定百分比；以及当该种子颗粒物件的该预定百分比出现在该特定区域时，致能该视频图像采集处理器以进行一拍照处理以通过该视频图像采集处理器提取图像；

步骤六、所述视频图像采集处理器对包含有被测颗粒物的图像进行数字图像处理，将被测颗粒物部分从整个图像背景中提取出来，并对提取出来的前景图像中的每个被测颗粒物进行标识；

步骤七、视频图像采集处理器自动计数，通过扫描整幅前景图像中标识的被测颗粒物并进行统计得到被测颗粒物的数量；

步骤八、将预定时间内种肥重量与视频图像采集处理器计数得到的被测颗粒物的数量进行匹配，得到现有播种速度下种子数量与施肥重量的比例；

步骤九、通过控制器控制种子数量与施肥重量的比例至预定的范围内。

进一步，将采集到的包含有被测颗粒物的图像利用预定过分割算法进行过分割成超像素图像，对整个输入图像，以8*8个像素为单元，计算每个单元的平均灰度值和每个单元的最大灰度值，得到至少一个区域，同一个所述区域中各个像素点的颜色值相同；

对得到的超像素图像提取特征向量，所述特征向量包括轮廓、纹理、亮度和连续性；

确定每个区域的颜色值和质心；

根据各个区域所对应的颜色值以及各个区域的质心，建立显著性模型；

根据所述显著性模型获取所述图像中的前景样本点和背景样本点；

根据所述显著性模型以及所述前景样本点和所述背景样本点，建立前背景分类模型；

根据预定图割算法对所述图像进行分割，所述预定图割算法利用所述前背景分类模型以及像素点之间的边缘信息对所述图像进行分割。

进一步，所述显著性模型为：

其中，S_i1为区域R_i中任一像素点的显著性值，w(R_j)为区域R_j中的像素点的个数，D_S(R_i,R_j)用于表征所述区域R_i和所述区域R_j之间空间位置差异的度量值，D_C(R_i,R_j)用于表征所述区域R_i和所述区域R_j之间颜色差异的度量值，N为对所述图像进行过分割后得到的区域的总个数，D_S(R_i,R_j)为：D_S(R_i,R_j)＝exp(-(Center(R_i)-Center(R_j))²/σ_s ²)；Center(R_i)为所述区域R_i的质心，Center(R_j)为所述区域R_j的质心，当所述图像中各个像素点的坐标均归一化到[0,1]时；

进一步，将得到的超像素图像上的每一个超像素计算方向能量，通过非线性变换将方向能量转换成局部归一化的轮廓度，计算区域边界上所有超像素的局部归一化的轮廓度总和，该总和即为区域间的轮廓能量；计算区域内部所有超像素的局部归一化的轮廓度总和，该总和即为区域内的轮廓能量。

进一步，求超像素图像对应的方差图像V和边缘图像E，初始化窗口边长N＝3；窗口包含信息判断，求边缘图像E中与原图像中当前窗口W对应的窗口中边缘像素在窗口中所占的比例P，若P≥(N-2)/N2则当前窗口包含足够的边缘信息，满足进行分割的条件则进行分割，若P<(N-2)/N2则当前窗口不包含足够的边缘信息，不进行分割。

一种新型智能种子种植机包括：驱动轮、皮带、从动轮、电机、接收器、转轴、储存腔、推杆、滚轮、控制器、出料通道、物料挡板、气缸、铲子、旋转圆盘、压实板、机架、遥控器、发射器、柴油发电机、视频图像采集处理器、称重测量器；

固定于支架上设有电机和与该电机连接的柴油发电机，电机连接驱动轮，驱动轮通过皮带与从动轮连接，从动轮通过转轴与旋转圆盘连接，旋转圆盘上设有两个气缸，一个气缸连接铲子，一个气缸连接压实板；机架的一端设有储存腔，储存腔下端连接出料通道、物料挡板以及控制器；

所述储存腔包括并列设置的种子储存腔和种肥储存腔，种子储存腔出料通道内部设置有视频采集处理器，种肥储存腔底部设置有称重测量器。

进一步，所述种子储存腔底部的出料通道与所述种肥储存腔底部的出料通道水平间距为8～12cm，种肥储存腔底部的出料通道长于种子储存腔底部的出料通道。

进一步，所述电机设置有速度调节模块，该速度调节模块包括速度控制器、参数配置模块、速度采集模块、速度控制模块；

所述的参数配置模块用于配置电机速度与种子及肥料的下料速度，预设相应的检测结果，并根据配置的参数通过速度控制器下发电机转速控制信息；

速度采集模块根据电机转速控制信息，同步采集电机的实际转速数据；

所述的速度控制模块用于储存采集到的所述实际转速数据，并将采集到的所述实际转速数据与预设的相应的检测结果进行对比，生成检测报告并输出，并根据速度控制器发送的调速命令对电机速度进行调节。

所述出料通道内设有通过气缸驱动其开启或关闭的物料挡板，物料挡板连接控制器。

所述遥控器上设有发射器，发射器与接收器无线连接。

所述从动轮通过皮带与驱动轮相配合，旋转圆盘通过转轴与从动轮相连接。

本发明提供的新型智能种子种植机，可以同时对多个种植区域进行播种种植，大大提高了工作效率，通过视频图像采集处理器统计得到被测种子颗粒物的数量与施肥重量的比例，通过控制器可控制这一比例，并通过控制电机速度达到智能均匀播种的目的。

附图说明

图1是本发明实施例提供的新型智能种子种植机结构示意图；

图中：1、驱动轮；2、皮带；3、从动轮；4、电机；5、接收器；6、转轴；7、储存腔；8、推杆；9、滚轮；10、控制器；11、出料通道；12、物料挡板；13、气缸；14、铲子；15、旋转圆盘；16、压实板；17、机架。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面结合附图1对本发明的应用原理作进一步描述。

一种新型智能种子种植机，通过如下方法控制播种和施肥速度：

步骤一、通过视频图像采集处理器获取种子储存器出料通道中被测种子颗粒物的图像；

步骤二、在获取的图像中定义一预览区域的一特定区域；

步骤三、利用视频图像采集处理器提取至少一预览图像；

步骤四、利用视频图像采集处理器判定定义的种子颗粒物件是否存在于该预览图像中；

步骤五、当该种子颗粒物件存在于该预览图像中，决定该种子颗粒物件是否出现在该特定区域至少一预定百分比；以及当该种子颗粒物件的该预定百分比出现在该特定区域时，致能该视频图像采集处理器以进行一拍照处理以通过该视频图像采集处理器提取图像；

步骤六、所述视频图像采集处理器对包含有被测颗粒物的图像进行数字图像处理，将被测颗粒物部分从整个图像背景中提取出来，并对提取出来的前景图像中的每个被测颗粒物进行标识；

步骤七、视频图像采集处理器自动计数，通过扫描整幅前景图像中标识的被测颗粒物并进行统计得到被测颗粒物的数量；

步骤八、将预定时间内种肥重量与视频图像采集处理器计数得到的被测颗粒物的数量进行匹配，得到现有播种速度下种子数量与施肥重量的比例；

步骤九、通过控制器控制种子数量与施肥重量的比例至预定的范围内。

进一步，将采集到的包含有被测颗粒物的图像利用预定过分割算法进行过分割成超像素图像，对整个输入图像，以8*8个像素为单元，计算每个单元的平均灰度值和每个单元的最大灰度值，得到至少一个区域，同一个所述区域中各个像素点的颜色值相同；

对得到的超像素图像提取特征向量，所述特征向量包括轮廓、纹理、亮度和连续性；

确定每个区域的颜色值和质心；

根据各个区域所对应的颜色值以及各个区域的质心，建立显著性模型；

根据所述显著性模型获取所述图像中的前景样本点和背景样本点；

根据所述显著性模型以及所述前景样本点和所述背景样本点，建立前背景分类模型；

根据预定图割算法对所述图像进行分割，所述预定图割算法利用所述前背景分类模型以及像素点之间的边缘信息对所述图像进行分割。

进一步，所述显著性模型为：

其中，S_i1为区域R_i中任一像素点的显著性值，w(R_j)为区域R_j中的像素点的个数，D_S(R_i,R_j)用于表征所述区域R_i和所述区域R_j之间空间位置差异的度量值，D_C(R_i,R_j)用于表征所述区域R_i和所述区域R_j之间颜色差异的度量值，N为对所述图像进行过分割后得到的区域的总个数，D_S(R_i,R_j)为：D_S(R_i,R_j)＝exp(-(Center(R_i)-Center(R_j))²/σ_s ²)；Center(R_i)为所述区域R_i的质心，Center(R_j)为所述区域R_j的质心，当所述图像中各个像素点的坐标均归一化到[0,1]时；

进一步，将得到的超像素图像上的每一个超像素计算方向能量，通过非线性变换将方向能量转换成局部归一化的轮廓度，计算区域边界上所有超像素的局部归一化的轮廓度总和，该总和即为区域间的轮廓能量；计算区域内部所有超像素的局部归一化的轮廓度总和，该总和即为区域内的轮廓能量。

进一步，求超像素图像对应的方差图像V和边缘图像E，初始化窗口边长N＝3；窗口包含信息判断，求边缘图像E中与原图像中当前窗口W对应的窗口中边缘像素在窗口中所占的比例P，若P≥(N-2)/N2则当前窗口包含足够的边缘信息，满足进行分割的条件则进行分割，若P<(N-2)/N2则当前窗口不包含足够的边缘信息，不进行分割。

该新型智能种子种植机包括：驱动轮1、皮带2、从动轮3、电机4、接收器5、转轴6、储存腔7、推杆8、滚轮9、控制器10、出料通道11、物料挡板12、气缸13、铲子14、旋转圆盘15、压实板16、机架17；

固定于支架17上设有电机4和与该电机连接的用于供电的柴油发电机，电机4连接驱动轮1，驱动轮1通过皮带2与从动轮3连接，从动轮3通过转轴6与旋转圆盘15连接，旋转圆盘15上设有两个气缸13，一个气缸13连接铲子，一个气缸13连接压实板16；机架17的另一端设有储存腔7，储存腔7下端连接出料通道11、物料挡板12以及控制器10，该装置还设有推杆8和前后两个滚轮9。

所述储存腔包括并列设置的种子储存腔和种肥储存腔，种子储存腔出料通道内部设置有视频采集处理器，种肥储存腔底部设置有称重测量器。

所述出料通道11内设有通过气缸13驱动其开启或关闭的物料挡板12，物料挡板12连接控制器10。

所述从动轮3通过皮带2与驱动轮1相配合，旋转圆盘15通过转轴6与从动轮3相连接。

进一步，所述种子储存腔底部的出料通道与所述种肥储存腔底部的出料通道水平间距为8～12cm，种肥储存腔底部的出料通道长于种子储存腔底部的出料通道。

进一步，所述电机设置有速度调节模块，该速度调节模块包括速度控制器、参数配置模块、速度采集模块、速度控制模块；

所述的参数配置模块用于配置电机速度与种子及肥料的下料速度，预设相应的检测结果，并根据配置的参数通过速度控制器下发电机转速控制信息；

速度采集模块根据电机转速控制信息，同步采集电机的实际转速数据；

所述的速度控制模块用于储存采集到的所述实际转速数据，并将采集到的所述实际转速数据与预设的相应的检测结果进行对比，生成检测报告并输出，并根据速度控制器发送的调速命令对电机速度进行调节。

铲子14，用于铲除土壤，铲子14的一端与气缸13固定连接，气缸13驱动铲子14上下运动，压实板16，对土壤进行压实，压实板16的一端与气缸固定连接，气缸13驱动铲子14上下运动，旋转圆盘15，铲子14以及压实板16均匀布置于旋转圆盘15的盘面上；

驱动轮1，从动轮3，通过皮带2与驱动轮1相配合，电机4用于带动驱动轮1转动。

当需要播种时，开启铲子14上的气缸13，气缸13将驱动铲子14上下运动，即可对土壤刨坑，然后再从储存腔7中将种子播撒至种植坑中，再通过铲子14将种植坑四周的土壤填埋种植坑，最后开启压实板16上的气缸13，气缸13驱动压实板16上下运动，将填埋土壤压实。

本发明提供的新型智能种子种植机，可以同时对多个种植区域进行播种种植，大大提高了工作效率，通过视频图像采集处理器统计得到被测种子颗粒物的数量与施肥重量的比例，通过控制器控制物料挡板运动，可控制这种子下料量与肥料下料量的比例，并通过控制电机速度达到智能均匀播种的目的。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种智能种子种植机的种植方法，其特征在于，该智能种子种植机的种植方法通过如下方法控制播种和施肥速度：

步骤一、通过视频图像采集处理器获取种子储存器出料通道中被测种子颗粒物的图像；

步骤二、在获取的图像中定义一预览区域的一特定区域；

步骤三、利用视频图像采集处理器提取至少一预览图像；

步骤四、利用视频图像采集处理器判定定义的种子颗粒物件是否存在于该预览图像中；

步骤五、当该种子颗粒物件存在于该预览图像中，决定该种子颗粒物件是否出现在该特定区域至少一预定百分比；以及当该种子颗粒物件的该预定百分比出现在该特定区域时，致能该视频图像采集处理器以进行一拍照处理以通过该视频图像采集处理器提取图像；

步骤六、所述视频图像采集处理器对包含有被测颗粒物的图像进行数字图像处理，将被测颗粒物部分从整个图像背景中提取出来，并对提取出来的前景图像中的每个被测颗粒物进行标识；

步骤七、视频图像采集处理器自动计数，通过扫描整幅前景图像中标识的被测颗粒物并进行统计得到被测颗粒物的数量；

步骤八、将预定时间内种肥重量与视频图像采集处理器计数得到的被测颗粒物的数量进行匹配，得到现有播种速度下种子数量与施肥重量的比例；

步骤九、通过控制器控制种子数量与施肥重量的比例至预定的范围内。

2.如权利要求1所述智能种子种植机的种植方法，其特征在于，将采集到的包含有被测颗粒物的图像利用预定过分割算法进行过分割成超像素图像，对整个输入图像，以8*8个像素为单元，计算每个单元的平均灰度值和每个单元的最大灰度值，得到至少一个区域，同一个所述区域中各个像素点的颜色值相同；

对得到的超像素图像提取特征向量，所述特征向量包括轮廓、纹理、亮度和连续性；

确定每个区域的颜色值和质心；

根据各个区域所对应的颜色值以及各个区域的质心，建立显著性模型；

根据所述显著性模型获取所述图像中的前景样本点和背景样本点；

根据所述显著性模型以及所述前景样本点和所述背景样本点，建立前背景分类模型；

根据预定图割算法对所述图像进行分割，所述预定图割算法利用所述前背景分类模型以及像素点之间的边缘信息对所述图像进行分割。

3.如权利要求2所述智能种子种植机的种植方法，其特征在于，所述显著性模型为：

其中，S_i1为区域R_i中任一像素点的显著性值，w(R_j)为区域R_j中的像素点的个数，D_S(R_i,R_j)用于表征所述区域R_i和所述区域R_j之间空间位置差异的度量值，D_C(R_i,R_j)用于表征所述区域R_i和所述区域R_j之间颜色差异的度量值，N为对所述图像进行过分割后得到的区域的总个数，D_S(R_i,R_j)为： Center(R_i)为所述区域R_i的质心，Center(R_j)为所述区域R_j的质心，当所述图像中各个像素点的坐标均归一化到[0,1]时；。

4.如权利要求2所述智能种子种植机的种植方法，其特征在于，将得到的超像素图像上的每一个超像素计算方向能量，通过非线性变换将方向能量转换成局部归一化的轮廓度，计算区域边界上所有超像素的局部归一化的轮廓度总和，该总和即为区域间的轮廓能量；计算区域内部所有超像素的局部归一化的轮廓度总和，该总和即为区域内的轮廓能量。

5.如权利要求2所述智能种子种植机的种植方法，其特征在于，求超像素图像对应的方差图像V和边缘图像E，初始化窗口边长N＝3；窗口包含信息判断，求边缘图像E中与原图像中当前窗口W对应的窗口中边缘像素在窗口中所占的比例P，若P≥(N-2)/N2则当前窗口包含足够的边缘信息，满足进行分割的条件则进行分割，若P<(N-2)/N2则当前窗口不包含足够的边缘信息，不进行分割。

6.一种采用权利要求1-5任意一项所述智能种子种植机的种植方法的智能种子种植机，其特征在于，该智能种子种植机包括：驱动轮、皮带、从动轮、电机、接收器、转轴、储存腔、推杆、滚轮、控制器、出料通道、物料挡板、气缸、铲子、旋转圆盘、压实板、机架、遥控器、发射器、柴油发电机、视频图像采集处理器、称重测量器；

固定于支架上设有电机和与该电机连接的柴油发电机，电机连接驱动轮，驱动轮通过皮带与从动轮连接，从动轮通过转轴与旋转圆盘连接，旋转圆盘上设有两个气缸，一个气缸连接铲子，一个气缸连接压实板；机架的一端设有储存腔，储存腔下端连接出料通道、物料挡板以及控制器；

所述储存腔包括并列设置的种子储存腔和种肥储存腔，种子储存腔出料通道内部设置有视频采集处理器，种肥储存腔底部设置有称重测量器。

7.如权利要求6所述的智能种子种植机，其特征在于，所述种子储存腔底部的出料通道与所述种肥储存腔底部的出料通道水平间距为8～12cm，种肥储存腔底部的出料通道长于种子储存腔底部的出料通道。

8.如权利要求6所述的智能种子种植机，其特征在于，所述电机设置有速度调节模块，该速度调节模块包括速度控制器、参数配置模块、速度采集模块、速度控制模块；

所述的参数配置模块用于配置电机速度与种子及肥料的下料速度，预设相应的检测结果，并根据配置的参数通过速度控制器下发电机转速控制信息；

速度采集模块根据电机转速控制信息，同步采集电机的实际转速数据；

所述的速度控制模块用于储存采集到的所述实际转速数据，并将采集到的所述实际转速数据与预设的相应的检测结果进行对比，生成检测报告并输出，并根据速度控制器发送的调速命令对电机速度进行调节。

9.如权利要求6所述的智能种子种植机，其特征在于，所述出料通道内设有通过气缸驱动其开启或关闭的物料挡板，物料挡板连接控制器；

所述从动轮通过皮带与驱动轮相配合，旋转圆盘通过转轴与从动轮相连接。