CN108594323B - 一种基于机器视觉的健壮苗识别装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
为了解决现有技术中对对钵苗高度一直无法测量的问题，本发明提出了一种基于机器视觉的健壮苗识别装置及其使用方法，包括机架、设置在机架下部的用于移动苗盘的输送带、设置在机架顶部的移动组件、设置在移动组件上的测量组件、用于驱动移动组件的驱动组件以及控制组件，其技术方案在于：所述的测量组件包括设置在移动组件上的多根向苗盘方向延伸的立柱和设置在立柱两侧的用于测量苗盘内钵苗高度是否达标的红外线发射器和红外线接收器；所述的红外线发射器发出测量红光的方向与移动组件的移动方向垂直；所述的多根立柱的方向与移动组件的移动方向垂直。本发明结构简单，实用性强，测量速度快，精度高。
Description
技术领域
本发明涉及设施农业中的自动化检测系统，特别是涉及一种基于机器视觉识别的健壮苗识别系统及其所述系统的使用方法。
背景技术
机器视觉识别检测在一些不适合于人工作业的危险区域以及人工视觉难以满足要求的场合发挥着重要的作用。传统的通过对作物样本手工采样检测，虽然能够得到最直接的测量，但是误差大，无法对幼苗的信息进行连续采集，信息收集不及时，且劳动强度大，主观性强，不适用于大规模的检测。随着计算机以及图形处理技术的发展，利用机器视觉的方法在农业领域得到迅速发展。
国内虽然有基于机器视觉的采摘机器人等，但大部分针对水果等果实颗粒大，容易识别的作业对象，穴盘移栽是近年来逐渐发展起来的机械化技术，对于穴盘苗的机器视觉识别研究相对较少，而且，穴盘苗密度大，要在移栽前找到合适的识别时间，需要专家决策。尤其对健壮苗的筛选过程，需要选取高度达标和叶片片数满足要求的钵苗。由于在苗盘中钵苗的生长比较密集，对钵苗高度的测量一直是测量难点，现有技术中一直没有很好的应对措施。
发明内容
为了解决现有技术中对对钵苗高度一直无法测量的问题，本发明提出了一种基于机器视觉的健壮苗识别装置及其使用方法，该装置结构简单，且能够准确获得苗盘中符合高度要求的钵苗位置。
所述的一种基于机器视觉的健壮苗识别装置，包括机架、设置在机架下部的用于移动苗盘的输送带、设置在机架顶部的移动组件、设置在移动组件上的测量组件、用于驱动移动组件的驱动组件以及控制组件，其技术方案在于：所述的测量组件包括设置在移动组件上的多根向苗盘方向延伸的立柱和设置在立柱两侧的用于测量苗盘内钵苗高度是否达标的红外线发射器和红外线接收器；所述的红外线发射器发出测量红光的方向与移动组件的移动方向垂直；所述的多根立柱的方向与移动组件的移动方向垂直。
所述的移动组件包括平行设置在机架下部的第一丝杠和第二丝杠以及同时设置在第一丝杠和第二丝杠上的移动板；所述的移动板上设置有与第一丝杠和第二丝杠配合的螺纹孔。
所述的第一丝杠和第二丝杠与机架之间设置有轴承。
所述的驱动组件包括步进电机、与步进电机输出端连接的主动齿轮、与主动齿轮啮合的第一齿轮、与第一齿轮啮合的第二齿轮；所述的第一齿轮与移动组件中的第一丝杠连接；所述的第二齿轮与移动组件中的第二丝杠连接。
所述的驱动组件包括步进电机、设置在步进电机输出端的主皮带轮、与主皮带轮进行配合使用的第一皮带轮和第二皮带轮以及皮带；所述的第一皮带轮设置在移动组件中的第一丝杠的一端；所述的第二皮带轮在移动组件中的第二丝杠的一端；所述的第一皮带轮、第二皮带轮以及步进电机设置在机架的同侧。
所述的控制组件包括电路板；所述电路板采集红外线发射器和红外线接收器发回的通断信号以判断苗盘内钵苗高度是否达标。
一种基于机器视觉的健壮苗识别装置，其技术方案在于：还包括设置在机架上的用于判断苗盘是否到位的到位传感器和设置在机架顶部的用于判断移动组件是否到位的限位组件；所述到位传感器和限位组件电连接至控制组件。
一种基于机器视觉的健壮苗识别装置，其技术方案在于：还包括设置在移动组件上的多个对苗盘进行俯视拍照的俯视相机；所述的俯视相机设置在两个相邻立柱之间；所述俯视相机电连接至控制组件。
一种基于机器视觉的健壮苗识别装置的使用方法，其技术方案在于：根据实际情况设定健壮苗高度数值X，并调整红外线发射器和红外线接收器距离苗盘的距离为X；通过移动组件带动立柱移动，从而带动红外线发射器和红外线接收器从行方向移动并测量该行内苗盘内的钵苗高度；当苗盘内的钵苗高度小于设定高度数值X时，红外线发射器和红外线接收器向控制组件持续发回信号；当该行内苗盘内的钵苗高度大于设定高度数值X时，红外线发射器和红外线接收器不再向控制组件发回信号；根据移动组件的移动速度V结合红外线发射器和红外线接收器发送数据的情况判断苗盘内满足高度需要的钵苗的位置坐标。
一种基于机器视觉的健壮苗识别装置的使用方法，其技术方案在于：所述的俯视相机在苗盘上方移动通过俯视相机持续向控制组件中发送俯视数据；控制组件将接收的每一组俯视数据进行合并形成完整的苗盘俯视图，通过计算机程序确定满足叶片片数要求的钵苗。
本发明所带来的有益效果为： 本发明通过红外线发射器和红外线接收器与苗盘的距离设定为满足高度要求的距离，用以测量钵苗高度。同时，利用移动组件带动立柱移动，从而利用红外线发射器和红外线接收器对苗盘上的钵苗从一侧向另一侧进行测量。由于钵苗的顶端一般仅具有较细小的茎叶，所以，利用红外线发射器和红外线接收器的通断情况可以通过苗盘中的电路板判断苗盘上那个位置的钵苗符合高度要求，实现钵苗高度测量。本发明结构简单，实用性强，测量速度快，精度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是图1中移动组件的左视图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1~3所示，一种基于机器视觉的健壮苗识别装置，包括机架1、设置在机架1下部的用于移动苗盘2的输送带3、设置在机架1顶部的移动组件4、设置在移动组件4上的测量组件5、用于驱动移动组件4的驱动组件6以及控制组件7，其技术方案在于：所述的测量组件5包括设置在移动组件4上的多根向苗盘2方向延伸的立柱501和设置在立柱501两侧的用于测量苗盘2内钵苗高度是否达标的红外线发射器502和红外线接收器503；所述的红外线发射器502发出测量红光的方向与移动组件4的移动方向垂直；所述的多根立柱501的方向与移动组件4的移动方向垂直。
需要明确的是：所述的输送带3驱动方式可以为链轮驱动，为本领域人员可以知悉的现有技术。
需要明确的是：所述测量组件5在立柱501的位置可调，以方便测量不同高度的要求。测量组件5可以通过不干胶黏贴的方式固定在立柱501上。
所述的移动组件4包括平行设置在机架1下部的第一丝杠401和第二丝杠402以及同时设置在第一丝杠401和第二丝杠402上的移动板403；所述的移动板403上设置有与第一丝杠401和第二丝杠402配合的螺纹孔4031。
所述的第一丝杠401和第二丝杠402与机架1之间设置有轴承101。
所述支撑件204包括与地面接触的下边2041和与壳体1连接的上边2042；所述的驱动组件6包括步进电机601、与步进电机601输出端连接的主动齿轮602、与主动齿轮602啮合的第一齿轮603、与第一齿轮603啮合的第二齿轮604；所述的第一齿轮603与移动组件4中的第一丝杠401连接；所述的第二齿轮604与移动组件4中的第二丝杠402连接。
所述的驱动组件6包括步进电机601、设置在步进电机601输出端的主皮带轮、与主皮带轮进行配合使用的第一皮带轮和第二皮带轮以及皮带；所述的第一皮带轮设置在移动组件4中的第一丝杠401的一端；所述的第二皮带轮在移动组件4中的第二丝杠402的一端；所述的第一皮带轮、第二皮带轮以及步进电机601设置在机架1的同侧。
所述的控制组件7包括电路板；所述电路板采集红外线发射器502和红外线接收器503发回的通断信号以判断苗盘2内钵苗高度是否达标。
一种基于机器视觉的健壮苗识别装置，其技术方案在于：还包括设置在机架1上的用于判断苗盘2是否到位的到位传感器9和设置在机架1顶部的用于判断移动组件4是否到位的限位组件10；所述到位传感器9和限位组件10电连接至控制组件7。
一种基于机器视觉的健壮苗识别装置，其技术方案在于：还包括设置在移动组件4上的多个对苗盘2进行俯视拍照的俯视相机8；所述的俯视相机8设置在两个相邻立柱501之间；所述俯视相机8电连接至控制组件7。
一种基于机器视觉的健壮苗识别装置的使用方法，其技术方案在于：根据实际情况设定健壮苗高度数值X，并调整红外线发射器502和红外线接收器503距离苗盘2的距离为X；通过移动组件4带动立柱501移动，从而带动红外线发射器502和红外线接收器503从行方向移动并测量该行内苗盘2内的钵苗高度；当苗盘2内的钵苗高度小于设定高度数值X时，红外线发射器502和红外线接收器503向控制组件7持续发回信号；当该行内苗盘2内的钵苗高度大于设定高度数值X时，红外线发射器502和红外线接收器503不再向控制组件7发回信号；根据移动组件4的移动速度V结合红外线发射器502和红外线接收器503发送数据的情况判断苗盘2内满足高度需要的钵苗的位置坐标。
需要明确的是：由于苗盘2的规格是确定的，苗盘2上的每一个用于种植钵苗的苗穴的大小一致。步进电机601带动红外线发射器502和红外线接收器503的行走速度一致，控制组件7中的电路板可以明确得出相应时长对应的苗盘2上的位置，结合红外线发射器502和红外线接收器503发回的数据，可以准确的判断出在苗盘2上高度合格的钵苗的位置。
一种基于机器视觉的健壮苗识别装置的使用方法，其技术方案在于：所述的俯视相机8在苗盘2上方移动通过俯视相机8持续向控制组件7中发送俯视数据；控制组件7将接收的每一组俯视数据进行合并形成完整的苗盘2俯视图，通过计算机程序确定满足叶片片数要求的钵苗。
需要明确的是：所述的俯视相机8设置在两个相邻立柱501之间，通过移动组件4中的移动板403带动移动，可以从苗盘2的一侧向另一侧持续的发回俯视照片数据，再通过控制组件7中的电路板将俯视照片数据进行合成，形成对于整个苗盘2的完整的俯视图。再利用计算机程序可以对俯视图进行计算，得到符合叶片片数要求的钵苗。改变了以往利用一个摄像头向下俯拍而获取苗盘2俯视图的方式，杜绝了摄像头边沿形成的照片畸形，保证了测量的精度。
需要明确的是：本发明所述的钵苗选取苗龄为26天左右，钵苗的根系将培养机制完全包裹，符合要求的钵苗叶片为4片，苗高为100mm。
需要明确的是：本文中未详尽的技术，均为现有技术。
以上所述仅为发明的较佳实施例而己，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)
1.一种基于机器视觉的健壮苗识别装置，包括机架（1）、设置在机架（1）下部的用于移动苗盘（2）的输送带（3）、设置在机架（1）顶部的移动组件（4）、设置在移动组件（4）上的测量组件（5）、用于驱动移动组件（4）的驱动组件（6）以及控制组件（7），其特征在于：所述的测量组件（5）包括设置在移动组件（4）上的多根向苗盘（2）方向延伸的立柱（501）和设置在立柱（501）两侧的用于测量苗盘（2）内钵苗高度是否达标的红外线发射器（502）和红外线接收器（503）；所述的红外线发射器（502）发出测量红光的方向与移动组件（4）的移动方向垂直；多根立柱（501）的方向与移动组件（4）的移动方向垂直；所述的控制组件（7）包括电路板；所述电路板采集红外线发射器（502）和红外线接收器（503）发回的通断信号以判断苗盘（2）内钵苗高度是否达标。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的健壮苗识别装置，其特征在于：所述的移动组件（4）包括平行设置在机架（1）下部的第一丝杠（401）和第二丝杠（402）以及同时设置在第一丝杠（401）和第二丝杠（402）上的移动板（403）；所述的移动板（403）上设置有与第一丝杠（401）和第二丝杠（402）配合的螺纹孔（4031）。
3.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的健壮苗识别装置，其特征在于：所述的第一丝杠（401）和第二丝杠（402）与机架（1）之间设置有轴承（101）。
4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的健壮苗识别装置，其特征在于：所述的驱动组件（6）包括步进电机（601）、与步进电机（601）输出端连接的主动齿轮（602）、与主动齿轮（602）啮合的第一齿轮（603）、与第一齿轮（603）啮合的第二齿轮（604）；所述的第一齿轮（603）与移动组件（4）中的第一丝杠（401）连接；所述的第二齿轮（604）与移动组件（4）中的第二丝杠（402）连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的健壮苗识别装置，其特征在于：所述的驱动组件（6）包括步进电机（601）、设置在步进电机（601）输出端的主皮带轮、与主皮带轮进行配合使用的第一皮带轮和第二皮带轮以及皮带；所述的第一皮带轮设置在移动组件（4）中的第一丝杠（401）的一端；所述的第二皮带轮在移动组件（4）中的第二丝杠（402）的一端；所述的第一皮带轮、第二皮带轮以及步进电机（601）设置在机架（1）的同侧。
6.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的健壮苗识别装置，其特征在于：还包括设置在机架（1）上的用于判断苗盘（2）是否到位的到位传感器（9）和设置在机架（1）顶部的用于判断移动组件（4）是否到位的限位组件（10）；所述到位传感器（9）和限位组件（10）电连接至控制组件（7）。
7.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的健壮苗识别装置，其特征在于：还包括设置在移动组件（4）上的多个对苗盘（2）进行俯视拍照的俯视相机（8）；所述的俯视相机（8）设置在两个相邻立柱（501）之间；所述俯视相机（8）电连接至控制组件（7）。
8.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的健壮苗识别装置的使用方法，其特征在于：根据实际情况设定健壮苗高度数值X，并调整红外线发射器（502）和红外线接收器（503）距离苗盘（2）的距离为X；通过移动组件（4）带动立柱（501）移动，从而带动红外线发射器（502）和红外线接收器（503）从行方向移动并测量该行内苗盘（2）内的钵苗高度；当苗盘（2）内的钵苗高度小于设定高度数值X时，红外线发射器（502）和红外线接收器（503）向控制组件（7）持续发回信号；当该行内苗盘（2）内的钵苗高度大于设定高度数值X时，红外线发射器（502）和红外线接收器（503）不再向控制组件（7）发回信号；根据移动组件（4）的移动速度V结合红外线发射器（502）和红外线接收器（503）发送数据的情况判断苗盘（2）内满足高度需要的钵苗的位置坐标。
9.根据权利要求7所述的一种基于机器视觉的健壮苗识别装置的使用方法，其特征在于：所述的俯视相机（8）在苗盘（2）上方移动通过俯视相机（8）持续向控制组件（7）中发送俯视数据；控制组件（7）将接收的每一组俯视数据进行合并形成完整的苗盘（2）俯视图，通过计算机程序确定满足叶片片数要求的钵苗。
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