CN108200804A - 视觉传感谷物流量在线检测装置和检测方法 - Google Patents

Abstract

一种视觉传感谷物流量在线检测装置，在联合收割机谷物提升装置中部的两侧的矩形孔对称地安装一个视觉传感器，在谷物提升装置的一侧设有谷物密度监测装置。该视觉传感器用于获取谷物提升刮板上的谷物外部位置信息，经过相应的信号处理电路和算法得到提升刮板上谷物的三维形貌，以此获取提升刮板上谷物的体积联合收割机上的谷物流量值，从而得到作物产量分布信息。

Description

视觉传感谷物流量在线检测装置和检测方法

技术领域

本发明涉及农业机械，尤其是一种视觉传感谷物流量在线检测装置和检测方法。

背景技术

在现代“精细农业”中，作物产量空间分布信息是进行精细农田管理决策的基础和依据。作物产量空间分布信息通过收获机械的谷物流量传感器，在收获过程中采集农田地理位置和相应的收获量，获取作物产量空间分布信息，以此数据为依据绘制对应农田的产量图。谷物流量传感器是绘制农田产量图的关键，其性能直接影响作物产量空间分布信息的准确性和可靠性，进一步影响农田管理决策。目前采用的谷物流量传感器根据测量原理有容积式和称重式两种，也称体积流量传感器和质量式流量传感器。体积式流量传感器根据测量装置主要有刮板式容积流量传感器和光电式容积流量传感器。现有谷物流量传感器各有优缺点，光电式容积传感器采用非接触式测量测量，以结构简单，便于安装等优点得到广泛应用。然而，现有光电式容积谷物流量传感器因为环境干扰因素产生误差，同时，收获机械工作环境复杂，尘土以及谷物碎壳等会影响光电式谷物流量传感器的精度。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种视觉传感谷物流量在线检测装置和检测方法，以解决上述背景技术中谷物流量测量方法和装置测量精度不高和环境干扰等问题，提高测量结果准确性。

本发明的技术解决方案如下：

一种视觉传感谷物流量在线检测装置，在联合收割机谷物提升装置中部的两侧的矩形孔对称地安装一个视觉传感器，在谷物提升装置的一侧设有谷物密度监测装置。

所述的视觉传感器是线结构光视觉传感器或面结构光视觉传感器。

利用上述视觉传感谷物流量在线检测装置对谷物流量在线检测方法，包括下列步骤：

1)在联合收割机的谷物提升装置壳体中部两侧的矩形孔分别对称相对地安装第一视觉传感器和第二视觉传感器，两视觉传感器的距离为a；

2)启动联合收割机，打开视觉传感器，

视觉传感器获得刮板上谷物外部轮廓与测试平面的相交的位置信息，主要是谷物外部轮廓在测试平面上的高度y的交点与视觉传感器的距离，该距离与两个视觉传感器之间的距离作差得到该时刻谷物轮廓上在y的距离信息；

3)由该距离信息对y积分得到谷物外部轮廓在该测试平面上所围成的平面面积信息；

4)将所述的面积信息按时间序列进行三维重构得到刮板上谷物的体积信息；

5)将所述的体积信息与整段时间的比值得到谷物体积流量信息。

还包括步骤6)谷物密度监测装置监测谷物密度，谷物体积流量信息乘谷物密度得到谷物质量流量信息。

利用所述的谷物体积流量信息和谷物质量流量信息与农田位置和时间信息相对应，得到作物产量空间分布信息。

本发明将两个视觉传感器分别安装在谷物提升装置板两侧，当谷物提升刮板经过视觉传感所作位置时，视觉传感器获取刮板上谷物某一部分的位置信息，刮板继续运动，视觉传感器获得下一个刮板上谷物其它部分的位置信息。根据采样频率和方式，得到不同时刻提升刮板上谷物外部位置信息，根据所获取的谷物外部位置信息和时间序列以及刮板运行速度向对应，采用相关算法进行三维重构，从而得到不同时刻提升刮板上谷物的形状，得到不同时刻刮板上谷物的体积，以此得到谷物体积流量信息，将该数据与农田位置和时间信息相对应得到作物产量空间分布信息。

本发明实例还提供一种视觉传感谷物流量在线监测装置：两个视觉传感器设置在联合收割机谷物提升装置的中部两侧所开矩形孔对应位置，该视觉传感器用于获取谷物提升刮板上的谷物外部位置信息，经过相应的信号处理电路和算法得到提升刮板上谷物的三维形貌，以此获取提升刮板上谷物的体积联合收割机上的谷物流量值，从而得到作物产量分布信息。

在本发明中，视觉传感器可以是线结构光视觉传感器也可以是面结构光视觉传感器。

视觉传感器获得刮板上谷物与传感器安装位置区域与测试平面的相交外部轮廓的位置信息，主要是外部轮廓在该平面上与视觉传感器的距离(变量，随谷物的轮廓形状改变)，通过该距离与两个视觉传感器距离(定值)作差得到该时刻谷物轮廓上同一线上的距离信息，在此基础上得到该平面上轮廓所围成的平面面积信息(可由距离信息积分得到)，将面积信息按时间序列进行三维重构(将面积按时间信息堆积起来)就可以得到刮板上谷物的体积信息(xy平面由面积信息得到，z轴由提升速度和时间的乘积得到)，三维重构得到的体积信息与整段时间的比值得到谷物体积流量信息。

在本发明中，采集的是谷物轮廓外部位置信息，根据谷物轮廓外部位置信息与视觉传感器之间位置信息得到该截面上谷物厚度信息。

在本发明中，根据视觉传感器测量值与视觉传感器安装位置几何关系计算得到的厚度信息与视觉传感器采样时间序列与提升装置刮板速度关联，得到谷物外部轮廓与视觉传感器测试位置水平面交线的空间位置信息，并以此为基础进行三维重构得到谷物体积信息。

在本发明中，谷物流量是根据三维重构得到的谷物体积与时间段比值得到。

在本发明中，两个视觉传感器安装在谷物提升装置壳体两侧，处于同一水平位置。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、采用两个视觉传感器可以更好采集谷物外部轮廓空间位置信息；

2、采用视觉传感技术采集谷物所有外部轮廓点的空间位置信息，可以通过该信息对谷物外部形貌进行三维重构；

3、采用三维重构技术得到的谷物体积比同类非接触式体积测试方法更准确。

附图说明

图1为本发明的较佳实施的谷物流量测量方法的流程图。

图2为本发明谷物流量测量装置的结构示意图。

图3为图2爆炸图。

图4为本发明的较佳实施的谷物流量测量方法的安装示意图。

图5为图4中A-A剖视图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

图1为本发明实施谷物流量测试方法的流程图。

本实施例的谷物流量测量方法是将视觉传感器安装在联合收割机谷物提升装置的中部两侧。当谷物提升装置中的刮板上升过程中经过视觉传感器所在位置时，谷物提升装置两侧的视觉传感器会得到谷物外部轮廓的位置信息。位置信息经过相关的信号处理电路得到对应时刻谷物的轮廓空间信息，经过三维重构算法得到提升刮板上谷物的三维体积信息。

下面结合图1和图4来详细说明谷物流量在线监测方法。

如图1所示，本实施实例谷物流量在线监测方法具体包括如下几个步骤：

步骤1当提升装置刮板上的谷物经过视觉传感器所在位置时，视觉传感器根据采用频率，获取该时刻谷物外部轮廓与该位置水平面相交线上所有点的位置信息。

步骤2不同时刻得到谷物外部轮廓与该位置水平面交线上所有点的位置信息。交线上位置信息与时间序列上的时间点一一对应。

步骤3将所有交线上的位置信息与视觉传感器之间的距离做差，得到对应时刻的谷物在该平面的厚度信息。

步骤4将厚度信息和时间信息和速度信息对应起来得到离散的谷物轮廓空间位置信息。

步骤5将所得到谷物轮廓空间位置信息进行三维插值和重构，并进行三维几何体积计算得到该段时间内提升装置刮板上的谷物体积信息，谷物体积信息与时间比值得到该时间段谷物体积流量信息，若辅以相应的谷物密度监测装置，就可以得到谷物质量流量信息，从而实现谷物体积流量或质量流量的在线监测。

图2为本发明实施例提供的谷物流量监测装置的结构示意图；如图2所示，本实施实例的谷物流量监测装置包括视觉传感器4和视觉传感器5以及相应的信号处理电路。视觉传感器4和视觉传感器5分别安装在谷物提升装置壳体1中部两侧，刮板2安装在链条3上，链条3带动刮板2向上运动。谷物在刮板2上随链条3向上运动，当经过谷物提升装置壳体1中部视觉传感器4和视觉传感器5所在的位置时，视觉传感器4和视觉传感器5获取刮板2上谷物外部轮廓的位置信息。通过集成在视觉传感器4和视觉传感器5上信号处理电路，得到刮板2上谷物的厚度信息，对照相应的时间序列和链条3的运动速度信息经过中心处理器得到刮板2上谷物的三维信息。通过相应算法得到一段时间内刮板2上的体积信息，体积信息与对应时间段时长之比得到谷物体积流量信息。

Claims (5)

1.一种视觉传感谷物流量在线检测装置，其特征在于，在联合收割机谷物提升装置中部的两侧的矩形孔对称地安装一个视觉传感器，在谷物提升装置的一侧设有谷物密度监测装置。

2.根据权利要求1所述的视觉传感谷物流量在线检测装置，其特征在于，所述的视觉传感器是线结构光视觉传感器或面结构光视觉传感器。

3.利用上述视觉传感谷物流量在线检测装置对谷物流量在线检测方法，其特征在于该方法包括下列步骤：

1)在联合收割机的谷物提升装置(1)壳体中部两侧的矩形孔分别对称相对地安装第一视觉传感器(4)和第二视觉传感器(5)，两视觉传感器的距离为a；

2)启动联合收割机，打开视觉传感器，

视觉传感器获得刮板上谷物外部轮廓与测试平面的相交的位置信息，主要是谷物外部轮廓在测试平面上的高度y的交点与视觉传感器的距离，该距离与两个视觉传感器之间的距离作差得到该时刻谷物轮廓上在y的距离信息；

3)由该距离信息对y积分得到谷物外部轮廓在该测试平面上所围成的平面面积信息；

4)将所述的面积信息按时间序列进行三维重构得到刮板上谷物的体积信息；

5)将所述的体积信息与整段时间的比值得到谷物体积流量信息。

4.根据权利要求3所述的谷物流量在线检测方法，其特征在于还包括步骤6)谷物密度监测装置监测谷物密度，谷物体积流量信息乘谷物密度得到谷物质量流量信息。

5.根据权利要求3或4任一项所述的谷物流量在线检测方法，其特征在于利用所述的谷物体积流量信息和谷物质量流量信息与农田位置和时间信息相对应，得到作物产量空间分布信息。