CN107894419B

CN107894419B - 一种原粮害虫检测装置和方法

Info

Publication number: CN107894419B
Application number: CN201711474905.2A
Authority: CN
Inventors: 陈化东; 渠文波; 赵慕阶; 赵佳; 刘治坦
Original assignee: Nanjing Ailong Information Technology Co ltd
Current assignee: Jiangsu Ailong Technology Co ltd
Priority date: 2017-12-29
Filing date: 2017-12-29
Publication date: 2023-10-27
Anticipated expiration: 2037-12-29
Also published as: CN107894419A

Abstract

本发明公开了一种原粮害虫检测装置和方法，包括粮虫筛选分离装置、称重装置、害虫收集装置、静电除尘装置、机器视觉装置、控制单元和数据处理单元。本发明中的粮虫筛选分离装置采用气旋筛实现原粮和害虫分离，具有高效，出料方便的特点；采用静电除尘的方式实现检测设备的自净，同时实现了害虫和灰尘的分离；采用锁相技术，实现相机的图像采集和光源的同步锁相，在使用常规相机的情况下信噪比、时间分辨率得到大幅度提高；采用称重装置，能够对数据进行更全面的分析。

Description

一种原粮害虫检测装置和方法

技术领域

本发明涉及害虫检测装置技术领域，特别是涉及一种原粮害虫检测装置和方法。

背景技术

中国是粮食生产大国，粮食的安全存储具有十分重要的意义。当前因虫害造成粮食损失高达11%，也影响了粮食的品质。因此及时、准确的检测粮食害虫，对粮食害虫的变化趋势做出预测预报，具有十分的必要性。

传统的原粮害虫检测方法有扦样筛检法方法和诱捕检测法。根据《粮油储藏技术规范》GB/T29890-2013中的规定，诱捕检测法不用于虫粮等级判定。虫粮等级划分和等级指标中除了需要统计活虫的数量，还需要粮食样品的重量。

目前我国粮库使用扦样筛检法用于虫粮等级判定时，仍然采用全人工的方式，存在效率低、人为误判、同时信息数据合成困难等问题。大多数检测装置使用的相机信噪比低，存在对害虫的细节和难以分辨体积较小的害虫的问题，若采用高信噪比的制冷式相机存在价格昂贵的问题。

目前国内已有少量扦样筛检法技术采用机器视觉，如CN101701915B，该装置采用电机驱动曲柄连杆往复振动筛选的方式。使用了水平式筛盘，存在筛选效率低，筛选后粮食样品难以取出、筛盘不易更换等问题；缺少对粮食样品的称重装置，难以得出单位重量下害虫的数量；使用可见光-近红外双相机，近红外图像用于特征提取，可见光定位活虫，结构复杂、成本高。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种原粮害虫检测装置和方法，本发明是基于机器视觉的原粮害虫的检测装置和方法，将称重、过筛、识别、数据处理等步骤实现自动化、准确化、数据化、可追溯。

本发明所采用的技术方案是：一种原粮害虫检测装置，包括粮虫筛选分离装置、称重装置、害虫收集装置、静电除尘装置、机器视觉装置、控制单元和数据处理单元；所述粮虫筛选分离装置固定安装于检测装置的上方，用以分离粮食和害虫；所述称重装置和害虫收集装置位于粮虫筛选分离装置下方并且分别与粮虫筛选分离装置相连接；所述静电除尘装置位于粮虫筛选分离装置下方；所述机器视觉装置与控制单元相连接，设于害虫收集装置的上方，用以实现信息采集和害虫图像分析判断，所述数据处理单元为计算机终端，用以发送指令；所述控制单元与各部件相连接，用以控制和传递信号；

所述粮虫筛选分离装置包括进料箱、筛盘、螺旋输送器、筛选电机、减速器和出料口，所述筛选电机和控制单元相连接，所述进料箱固定安装于螺旋输送器上方，所述螺旋输送器与减速器相连接，所述螺旋输送器把粮食样品输送到固定安装有风轮叶片的左侧筛盘内，所述筛盘为气旋筛，并且筛盘在水平方向上呈倾斜角度a，并且a≤30°，所述出料口固定安装在筛盘的左侧端口下方；所述进料箱内侧壁还安装有粮食样品料位传感器，所述料位传感器用以检测粮食样品的数量和操作者的手是否进入了进料箱；

所述称重装置包括用以收集筛选后粮食的收集容器以及用以对粮食样品称重和判断收集容器是否到位的称重传感器，所述收集容器固定安装于出料口的下方，所述称重传感器位于收集容器的下方，并且称重传感器将数据送入控制单元，由控制单元将数据转换后送入数据处理单元；

所述害虫收集装置包括用以收集害虫的害虫收集器、用以控制害虫收集器的检测电机、旋转害虫收集器的检测转盘以及用以感应害虫收集器的位置传感器，所述害虫收集器活动安装在检测转盘上，所述检测电机与控制单元相连接，并且检测电机驱动检测转盘的转动，所述位置传感器至少为2个，固定安装于检测转盘下方，并且位置传感器与控制单元相连接；

所述静电除尘装置包括除尘斗、安装在除尘斗的侧上方的高压放电极以及安装在除尘斗的侧下方并且用以收集灰尘的积尘盒，所述除尘斗由不锈钢或塑料制成，当除尘斗为金属制品时要和高压放电极绝缘；

所述机器视觉装置包括光源装置以及相机，所述光源装置为LED或闪光灯，所述光源装置至少为两个并且位于相机的两侧，所述光源装置与相机中还分别设有锁相环，所述光源装置的发光频率、亮度、位置可以根据实际情况调整，数据处理单元通过控制单元控制光源装置和相机同步锁相，使其发光频率是相机帧频的同频或倍频。

进一步地，所述筛盘（12）包括遮板（121）和滤网（122），所述遮板（121）为圆弧板状并且底边活动安装于滤网（122）的边缘，所述遮板（121）的左侧还设有半圆形遮盖（1211），所述滤网（122）也为圆弧板状并且与遮板（121）形成空心圆柱外壁，所述滤网（122）活动安装在筛盘（12）的插槽轨道（123）上，所述插槽轨道（123）也为圆弧板状，设于滤网（122）的两侧边并且与滤网（122）的弧度相适应。

进一步地，所述检测转盘（33）上设有用以固定的凸起定位销（331），所述害虫收集器（31）底边中部还设有与定位销（331）相配合的定位孔（311）。

进一步地，所述积尘盒由金属制成。

进一步地，原粮害虫检测装置方法，包括的步骤为：

（1）设备自检和准备，通过称重传感器和位置传感器检测收集容器和害虫收集器是否安放到位并作出相应调整；

（2）粮食样品的分离，料位传感器感应粮食样品进入进料箱后，控制单元控制筛选电机启动，筛盘中的主轴旋转，螺旋输送器将粮食样品送入筛盘，风轮叶片转动实现粮食和害虫分离；

（3）静电除尘，筛选物下落时经过除尘斗，高压放电极使灰尘电离，灰尘落入积尘盒，除尘后的害虫落入害虫收集器；

（4）采集图像，在筛选电机启动的同时，控制单元循环采集称重传感器数据，数据处理单元判断粮食样品是否筛选完成，下达控制指令到控制单元，控制检测电机将害虫收集器旋转到相机的下方，当位置传感器检测到位后，数据处理单元控制相机采集图像，同时控制光源装置同步闪光；

（5）数据处理、录入与生成报告，数据处理单元对采集的图像进行处理，包括去除背景、二值化、图像增强、边缘检测、图像分割、直方图、相位图、振幅图、导数图像等；对采集的序列图像合成，绘制出害虫的运动轨迹，对运动的害虫打标，实现活虫判断；对处理后的图像进行害虫形态特征提取，包括面积、周长、似圆度、偏心率、球状性、圆状性等，同时对这些特征优化，由数据处理单元上的原粮害虫检测系统软件识别出害虫的类别，并对害虫数量自动计数；数据处理单元将采集粮食样品的粮库、采样位置、操作人员等信息录入系统，并且计算出每千克活虫的数量，得出虫粮等级，得到检测的初级报告；

（6）数据的上传、分析，设备通过网络将粮库、采样位置、操作人员、采集的序列图像、样品重量、初级报告等打包压缩上传至粮情管理系统云平台，云平台对该粮库虫情做出预警，形成最终的检测评估报告；

（7）设备的清理，检测完毕后，清理收集容器的粮食样品，清理害虫收集器中的害虫，并放回原处，等待下一次的检测。

进一步地，步骤（1）中检测设备通过数据处理单元控制相机采集害虫收集器的背景图像自检，采集完成后，控制单元控制检测电机将收集器转动到除尘斗的下方。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中的筛盘采用气旋筛实现粮食和害虫分离，具有高效，出料方便等优点，筛盘的滤网采用导轨的方式安装，能够根据不同的应用需求实现更换不同目数的筛盘，同时当筛盘损坏时方便维修。

2、筛盘与设备水平方向上呈倾斜角度a，并且a≤30°，可以使筛盘里的粮食样品容易清空，保证所有的样品都可以进入收集容器。

3、本发明采用静电除尘的方式实现检测设备的自净，同时实现了害虫和灰尘的分离。

4、本发明采用锁相技术，实现相机的图像采集和光源的同步锁相，使得在使用常规相机的情况下信噪比、时间分辨率得到大幅度提高。

5、本发明中的称重装置，能够得出单位重量下害虫的数量，能够对数据进行更全面的分析。

6、本发明中的料位传感器23能够检测粮食样品的数量和操作者的手有无进入进料箱，前者可用于实现无键启动设备、样品过量报警、样品过筛将完成提醒等，后者用于保护操作者，防止人手被螺旋输送器10伤害。

附图说明

图1为本发明原粮害虫检测装置的结构示意图；

图2为本发明筛盘的结构示意图；

图3为本发明筛盘的主视图；

图4为本发明除尘斗的结构示意图；

图5为本发明检测转盘的俯视图；

图6为本发明害虫收集器的结构示意图；

图7为本发明筛选信号随时间变化示意图。

其中：1-粮虫筛选分离装置，2-称重装置，3-害虫收集装置，4-静电除尘装置，5-机器视觉装置，6-控制单元，7-数据处理单元，11-进料箱，12-筛盘，13-螺旋输送器，14-筛选电机，15-减速器，16-出料口，17-料位传感器，21-收集容器，22-称重传感器，31-害虫收集器，32-检测电机，33-检测转盘，34-位置传感器，41-除尘斗，42-高压放电极，43-积尘盒，51-光源装置，52-相机，121-遮板，122-滤网，123-插槽轨道，311-定位孔，331-定位销，1211-遮盖。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，该实施例仅用于解释本发明，并不对本发明的保护范围构成限定。

如图1所示，一种原粮害虫检测装置，包括粮虫筛选分离装置1、称重装置2、害虫收集装置3、静电除尘装置4、机器视觉装置5、控制单元6和数据处理单元7；所述粮虫筛选分离装置1固定安装于检测装置的上方，用以分离粮食和害虫；所述称重装置2和害虫收集装置3位于粮虫筛选分离装置1下方并且分别与粮虫筛选分离装置1相连接；所述静电除尘装置4位于粮虫筛选分离装置1下方；所述机器视觉装置5与控制单元6相连接，设于害虫收集装置3的上方，用以实现信息采集和害虫图像分析判断；所述数据处理单元7为计算机终端，用以发送指令；所述控制单元6与各部件相连接，用以控制和传递信号；

在上述实施例中，开启系统，首先设备自检和准备，通过称重传感器22和位置传感器34检测收集容器21，害虫收集器3是否安放到位，数据处理单元7控制相机52采集害虫收集器31的背景图像，采集完成后，控制单元6控制检测电机32，通过检测转盘33将害虫收集器31转动到除尘斗41的下方。

如图2和图3所示，控制单元6循环采集料位传感器17信息，并送入数据处理单元7，当粮食样品送入进料箱11，触发数据处理单元7下发指令到控制单元6控制筛选电机14启动，筛盘中的主轴旋转，螺旋输送器13将粮食样品送入筛盘12，风轮叶片转动实现粮食和害虫分离。

如图4所示，筛选物下落时经过除尘斗41，高压放电极42使灰尘电离，灰尘在下落的过程中被积尘盒43俘获，除尘后的害虫落入害虫收集器31；在筛选电机14启动的同时，控制单元6循环采集称重传感器22数据，并送入数据处理单元7，通过对称重传感器22的数据变化，可以得出粮食样品筛选完成的信息，控制单元6停止筛选电机14工作并且停止静电除尘装置4的工作，判断出最终的样品重量。

如图5和图6所示，数据处理单元7下达控制指令到控制单元6，控制检测电机32，旋转检测转盘33，将害虫收集器31旋转到相机52的下方，当位置传感器34检测到位后，数据处理单元7控制相机52采集图像，同时控制光源装置51同步闪光，根据实际情况可以设定相机52帧频和图像的采集时间。

在上述实施例中，对采集的图像进行处理，包括减背景，判断虫子的运动轨迹，直方图，统计活虫的数量；将采集粮食样品的粮库、采样位置、操作人员等信息录入系统；数据处理单元7上的软件系统计算出每千克活虫的数量，得出虫粮等级，得到检测的初级报告。

在上述实施例中，检测完毕后，清理收集容器21的粮食样品，清理害虫收集器31中的害虫，并放回原处，等待下一次的检测。

在上述实施例中，检测设备通过网络将粮库、采样位置、操作人员、采集的序列图像、样品重量、初级报告等打包压缩上传至粮情管理系统云平台，云平台根据更丰富的粮食害虫数据库信息，通过大数据分析得出本次检测更加准确的报告，并对该粮库历次害虫的变化趋势，结合粮温、水分等信息，对该粮库虫情做出预测预警，形成最终的检测评估报告。

如图7所示为筛选信号随时间变化示意图，图7（a）是称重传感器22测量的筛选后粮食样品的重量变化，随着粮食样品的筛选，重量逐渐增加，在时间t₁后重量趋于稳定，判定粮食样品筛选完成；图7（b)是进料箱的料位传感器17的变化，时间t₀是添加粮食样品时刻，传感器信号激增，时间t₀至t₁粮食筛选，传感器信号缓慢衰减，在t₁后，传感器信号不变，可以判定所有的粮食样品进入筛盘；数据处理单元7可以根据称重传感器22和料位传感器17其中之一或两者的数据结合判定粮食样品是否筛选完毕。

本发明的实施例公布的是较佳的实施例，但并不局限于此，本领域的普通技术人员，极易根据上述实施例，领会本发明的精神，并做出不同的引申和变化，但只要不脱离本发明的精神，都在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种原粮害虫检测装置，其特征在于：包括粮虫筛选分离装置（1）、称重装置（2）、害虫收集装置（3）、静电除尘装置（4）、机器视觉装置（5）、控制单元（6）和数据处理单元（7）；所述粮虫筛选分离装置（1）固定安装于检测装置的上方，用以分离粮食和害虫；所述称重装置（2）和害虫收集装置（3）位于粮虫筛选分离装置（1）下方并且分别与粮虫筛选分离装置（1）相连接；所述静电除尘装置（4）位于粮虫筛选分离装置（1）下方；所述机器视觉装置（5）与控制单元（6）相连接，设于害虫收集装置（3）的上方，用以实现信息采集和害虫图像分析判断；所述数据处理单元（7）为计算机终端，用以发送指令；所述控制单元（6）与各部件相连接，用以控制和传递信号；

所述粮虫筛选分离装置（1）包括进料箱（11）、筛盘（12）、螺旋输送器（13）、筛选电机（14）、减速器（15）和出料口（16），所述筛选电机（14）和控制单元（6）相连接，所述进料箱（11）固定安装于螺旋输送器（13）上方，所述螺旋输送器（13）与减速器（15）相连接，所述螺旋输送器（13）把粮食样品输送到固定安装有风轮叶片的左侧筛盘（12）内，所述筛盘（12）为气旋筛，并且筛盘（12）在水平方向上呈倾斜角度a，并且a≤30°，所述出料口（16）固定安装在筛盘（12）的左侧端口下方；所述进料箱（11）内侧壁还安装有粮食样品料位传感器（17），所述料位传感器（17）用以检测粮食样品的数量和操作者的手是否进入了进料箱（11）；

所述称重装置（2）位于所述出料口（16）的下方，所述静电除尘装置（4）位于所述筛盘（12）的下方，所述静电除尘装置（4）的下方设有所述害虫收集装置（3）；

所述称重装置（2）包括用以收集筛选后粮食的收集容器（21）以及用以对粮食样品称重和判断收集容器是否到位的称重传感器（22），所述收集容器（21）固定安装于出料口（16）的下方，所述称重传感器（22）位于收集容器（21）的下方，并且称重传感器（22）将数据送入控制单元（6），由控制单元（6）将数据转换后送入数据处理单元（7）；

所述害虫收集装置（3）包括用以收集害虫的害虫收集器（31）、用以控制害虫收集器的检测电机（32）、旋转害虫收集器（31）的检测转盘（33）以及用以感应害虫收集器（31）的位置传感器（34），所述害虫收集器（31）活动安装在检测转盘（33）上，所述检测电机（32）与控制单元（6）相连接，并且检测电机（32）驱动检测转盘（33）的转动，所述位置传感器（34）至少为2个，固定安装于检测转盘（33）下方，并且位置传感器（34）与控制单元（6）相连接；

所述静电除尘装置（4）包括除尘斗（41）、安装在除尘斗（41）的侧上方的高压放电极（42）以及安装在除尘斗（41）的侧下方并且用以收集灰尘的积尘盒（43）；

所述机器视觉装置（5）包括光源装置（51）以及相机（52），所述光源装置（51）至少为两个，并且光源装置（51）位于相机（52）的两侧，所述光源装置（51）与相机（52）中还分别设有锁相环，数据处理单元（7）通过控制单元（6）控制光源装置（51）和相机（52）同步锁相，使其发光频率是相机（52）帧频的同频或倍频；

采用上述原粮害虫检测装置的检测方法，包括的步骤为：

（3）静电除尘，筛选物下落时经过除尘斗，高压放电极使灰尘电离，灰尘落入积尘盒，除尘后的粮虫落入害虫收集器；

（5）数据处理、录入与生成报告，对采集的图像进行处理，并且将采集粮食样品的粮库、采样位置、操作人员等信息录入系统；数据处理单元上的软件系统计算出每千克活虫的数量，得出虫粮等级，得到检测的初级报告；

2.根据权利要求1所述的原粮害虫检测装置，其特征在于：所述筛盘（12）包括遮板（121）和滤网（122），所述遮板（121）为圆弧板状并且底边活动安装于滤网（122）的边缘，所述遮板（121）的左侧还设有半圆形遮盖（1211），所述滤网（122）也为圆弧板状并且与遮板（121）形成空心圆柱外壁，所述滤网（122）活动安装在筛盘（12）的插槽轨道（123）上，所述插槽轨道（123）也为圆弧板状，设于滤网（122）的两侧边并且与滤网（122）的弧度相适应。

3.根据权利要求1所述的原粮害虫检测装置，其特征在于：所述检测转盘（33）上设有用以固定的凸起定位销（332），所述害虫收集器（31）底边中部还设有与定位销（332）相配合的定位孔（331）。

4.根据权利要求1所述的原粮害虫检测装置，其特征在于：所述积尘盒（43）由金属制成。

5.根据权利要求1所述的原粮害虫检测装置，其特征在于：步骤（1）中检测设备通过数据处理单元（7）控制相机（52）采集害虫收集器（31）的背景图像自检，采集完成后，控制单元（6）控制检测电机（32）将害虫收集器（31）转动到除尘斗（41）的下方。