CN111742641A - 一种高通量考种的装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于自动化考种技术领域，尤其为一种高通量考种的装置与方法，其装置包括暗箱，暗箱的顶部两侧分别固定连接有第一立柱和第二立柱，第一立柱的顶端固定连接有给料盘，暗箱的顶部固定连接有机架，机架位于第一立柱与第二立柱之间，机架上转动连接有多个轴辊，且多个轴辊上传动连接有同一条传送带，第二立柱的顶端固定连接有横梁，横梁的底部一侧固定连接有支架的顶端，支架的底端固定连接有3D激光轮廓传感器，横梁的前侧固定连接有数码放大摄像机，暗箱的顶部固定连接有数字天平。本发明设计合理，可获取种子的形状、高度以及色彩信息，自动化程度高，有效提高了考种的准确性。

Description

一种高通量考种的装置与方法
技术领域
本发明涉及自动化考种技术领域，尤其涉及一种高通量考种的装置与方法。
背景技术
随着现代信息技术的快速发展，特别是多光谱、计算机图形图像技术以及机械自动化技术在农业领域的深入应用，为传统农业带来全新的技术手段和实用工具。玉米是我国最主要的三大粮食作物之一，在农业生产中占有重要的地位，玉米育种在我国科研、生产领域起着至关重要的作用。考种是玉米种业的核心问题之一，通常情况下，育种单位的考种作业要完成成千上万的玉米果穗的处理。传统的考种方法大多采用手工操作，占用大量人力资源，工作效率低下，成为制约玉米种业发展的技术。经检索，申请号为201310275006.5的中国专利公开了一种高通量玉米考种流水线装置及方法，包括：玉米果穗传送带，第一图像采集模块，用于采集玉米果穗图像，脱粒辊，玉米籽粒传送带，用于传送玉米籽粒；第二图像采集模块，用于采集玉米籽粒图像；测量模块，用于测量玉米籽粒的量值；数据分析模块，用于分析并得到玉米考种参数。该技术将玉米果穗传送带上进行传送并采集玉米果穗图像，在脱粒后采集玉米籽粒图像，通过对玉米籽粒的量值以及玉米果穗图像、玉米籽粒图像的分析计算，得到玉米考种参数。当该玉米考种装置启动后，玉米考种作业即可自动化进行，提高了玉米考种作业的工作效率，使得玉米考种操作准确、快速和高效。
但是，目前市面上的玉米考种装置基于红外的只能计数，基于图像的精度不够只能取到2维的形状信息以及色彩信息，不便高度集成到高度信息，考种准确度不足，因此我们提出了一种高通量考种的装置与方法用于解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的缺点，而提出的一种高通量考种的装置与方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种高通量考种的装置，包括暗箱，所述暗箱的顶部两侧分别固定连接有第一立柱和第二立柱，第一立柱的顶端固定连接有给料盘，所述暗箱的顶部固定连接有机架，所述机架位于第一立柱与第二立柱之间，所述机架上转动连接有多个轴辊，且多个轴辊上传动连接有同一条传送带，所述第二立柱的顶端固定连接有横梁，所述横梁的底部一侧固定连接有支架的顶端，所述支架的底端固定连接有3D激光轮廓传感器，所述横梁的前侧固定连接有数码放大摄像机，所述暗箱的顶部固定连接有数字天平。
优选的，所述给料盘、3D激光轮廓传感器与数码放大摄像机均位于传送带的上方，所述3D激光轮廓传感器位于给料盘与数码放大摄像机之间。
优选的，所述数字天平位于传送带的下料端，所述给料盘位于传送带的上料端。
优选的，所述暗箱内固定连接PLC控制器和电源，所述给料盘、3D激光轮廓传感器、数码放大摄像机、数字天平和PLC控制器均与电源电性连接。
优选的，所述给料盘的底部一侧设置有锥形下料口，且锥形下料口位于传送带的上方。
优选的，所述锥形下料口与传送带的高度差为6～12厘米，所述3D激光轮廓传感器与传送带的高度差为15～18厘米。
优选的，所述数码放大摄像机与传送带的高度差为20～26厘米，且数码放大摄像机的拍摄宽度为传送带长度的60％～75％。
优选的，所述数字天平与传送带的高度差为6～10厘米。
本发明还提出了一种高通量考种装置的使用方法，所述方法包括以下步骤：
步骤S1：通过PLC控制器控制并启动数字天平，将数字天平调校归零；
步骤S2：将待考种的种子投放到给料盘内，并通过PLC控制器同步启动给料盘、传送带、3D激光轮廓传感器和数码放大摄像机，给料盘通电运转并将种子逐粒的投放到传送带上；
步骤S3：传送带顺时针旋转并将种子向右侧传送，3D激光轮廓传感器通电运转并对传送带左半段逐渐传送过来的种子进行计数，并获取种子的数量、时序高度信息和色彩信息；
步骤S4：传送带将种子逐粒的传送至右半段，数码放大摄像机对传送带右半段上的种子进行摄录工作，获取种子的时序图片信息；
步骤S5：传送带将种子逐粒的向右侧输送并将种子落在数字天平上，数字天平检测种子的总重量，获得种子的时序重量信息；
步骤S6：通过PLC控制器将步骤S3中所述的时序高度信息、色彩信息和步骤S4中所述的时序图片信息机械拼接，得到种子传送的完整图像；
步骤S7：通过PLC控制器对步骤S6中所述的完整图像进行深度学习物体识别；
步骤S8：依据步骤S3中所述的时序高度信息和色彩信息，通过PLC控制器对种子进行三维分析和色彩分析；
步骤S9：依据种子的数量、重量、三维分析结果和色彩分析结果，进行综合处理，得到考种结果。
本发明中所述的一种高通量考种的装置与方法，通过PLC控制器控制并启动数字天平并将其调校归零，通过给料盘将种子逐粒的投放到传送带上，3D激光轮廓传感器通电运转并对传送带左半段逐渐传送过来的种子进行计数，并获取种子的数量、时序高度信息和色彩信息，数码放大摄像机对传送带右半段上的种子进行摄录工作，获取种子的时序图片信息；
本发明中所述的一种高通量考种的装置与方法，通过传送带将种子逐粒的向右侧输送并将种子落在数字天平上，数字天平检测种子的总重量，获得种子的时序重量信息；通过PLC控制器将时序高度信息、色彩信息和时序图片信息机械拼接，得到种子传送的完整图像；
本发明中所述的一种高通量考种的装置与方法，通过PLC控制器对完整图像进行深度学习物体识别，依据时序高度信息和色彩信息，通过PLC控制器对种子进行三维分析和色彩分析，依据种子的数量、重量、三维分析结果和色彩分析结果，进行综合处理，得到考种结果；
本发明设计合理，可获取种子的形状、高度以及色彩信息，自动化程度高，有效提高了考种的准确性。
附图说明
图1为本发明提出的一种高通量考种的装置的结构示意图；
图2为本发明提出的一种高通量考种的方法的流程图；
图3为本发明提出的一种高通量考种的方法的时序高度信息的示意图；
图4为本发明提出的一种高通量考种的方法的时序图片的示意图；
图5为本发明提出的一种高通量考种的方法的拼接完整图像的示意图。
图中：1、暗箱；2、第一立柱；3、第二立柱；4、给料盘；5、机架；6、轴辊；7、传送带；8、横梁；9、支架；10、3D激光轮廓传感器；11、数码放大摄像机；12、数字天平；13、PLC控制器；14、电源；15、锥形下料口。
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。
参照图1-5，一种高通量考种的装置，包括暗箱1，暗箱1的顶部两侧分别固定连接有第一立柱2和第二立柱3，第一立柱2的顶端固定连接有给料盘4，暗箱1的顶部固定连接有机架5，机架5位于第一立柱2与第二立柱3之间，机架5上转动连接有多个轴辊6，且多个轴辊6上传动连接有同一条传送带7，第二立柱3的顶端固定连接有横梁8，横梁8的底部一侧固定连接有支架9的顶端，支架9的底端固定连接有3D激光轮廓传感器10，横梁8的前侧固定连接有数码放大摄像机11，暗箱1的顶部固定连接有数字天平12。
本实施例中，给料盘4、3D激光轮廓传感器10与数码放大摄像机11均位于传送带7的上方，3D激光轮廓传感器10位于给料盘4与数码放大摄像机11之间。
本实施例中，数字天平12位于传送带7的下料端，给料盘4位于传送带7的上料端。
本实施例中，暗箱1内固定连接PLC控制器13和电源14，给料盘4、3D激光轮廓传感器10、数码放大摄像机11、数字天平12和PLC控制器13均与电源14电性连接。
本实施例中，给料盘14的底部一侧设置有锥形下料口15，且锥形下料口15位于传送带7的上方。
本实施例中，锥形下料口15与传送带7的高度差为6～12厘米，3D激光轮廓传感器10与传送带7的高度差为15～18厘米。
本实施例中，数码放大摄像机11与传送带7的高度差为20～26厘米，且数码放大摄像机11的拍摄宽度为传送带7长度的60％～75％。
本实施例中，数字天平12与传送带7的高度差为6～10厘米。
本实施例还提出了一种高通量考种装置的使用方法，方法包括以下步骤：
步骤S1：通过PLC控制器13控制并启动数字天平12，将数字天平12调校归零；
步骤S2：将待考种的种子投放到给料盘43内，并通过PLC控制器13同步启动给料盘4、传送带7、3D激光轮廓传感器10和数码放大摄像机11，给料盘4通电运转并将种子逐粒的投放到传送带7上；
步骤S3：传送带7顺时针旋转并将种子向右侧传送，3D激光轮廓传感器10通电运转并对传送带7左半段逐渐传送过来的种子进行计数，并获取种子的数量、时序高度信息和色彩信息；
步骤S4：传送带7将种子逐粒的传送至右半段，数码放大摄像机11对传送带7右半段上的种子进行摄录工作，获取种子的时序图片信息；
步骤S5：传送带7将种子逐粒的向右侧输送并将种子落在数字天平12上，数字天平12检测种子的总重量，获得种子的时序重量信息；
步骤S6：通过PLC控制器13将步骤S3中的时序高度信息、色彩信息和步骤S4中的时序图片信息机械拼接，得到种子传送的完整图像；
步骤S7：通过PLC控制器13对步骤S6中的完整图像进行深度学习物体识别；
步骤S8：依据步骤S3中的时序高度信息和色彩信息，通过PLC控制器13对种子进行三维分析和色彩分析；
步骤S9：依据种子的数量、重量、三维分析结果和色彩分析结果，进行综合处理，得到考种结果。
本发明使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书的和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中，常规的型号，加上电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。

Claims (9)

1.一种高通量考种的装置，包括暗箱(1)，其特征在于，所述暗箱(1)的顶部两侧分别固定连接有第一立柱(2)和第二立柱(3)，第一立柱(2)的顶端固定连接有给料盘(4)，所述暗箱(1)的顶部固定连接有机架(5)，所述机架(5)位于第一立柱(2)与第二立柱(3)之间，所述机架(5)上转动连接有多个轴辊(6)，且多个轴辊(6)上传动连接有同一条传送带(7)，所述第二立柱(3)的顶端固定连接有横梁(8)，所述横梁(8)的底部一侧固定连接有支架(9)的顶端，所述支架(9)的底端固定连接有3D激光轮廓传感器(10)，所述横梁(8)的前侧固定连接有数码放大摄像机(11)，所述暗箱(1)的顶部固定连接有数字天平(12)。
2.根据权利要求1所述的一种高通量考种的装置，其特征在于，所述给料盘(4)、3D激光轮廓传感器(10)与数码放大摄像机(11)均位于传送带(7)的上方，所述3D激光轮廓传感器(10)位于给料盘(4)与数码放大摄像机(11)之间。
3.根据权利要求1所述的一种高通量考种的装置，其特征在于，所述数字天平(12)位于传送带(7)的下料端，所述给料盘(4)位于传送带(7)的上料端。
4.根据权利要求1所述的一种高通量考种的装置，其特征在于，所述暗箱(1)内固定连接PLC控制器(13)和电源(14)，所述给料盘(4)、3D激光轮廓传感器(10)、数码放大摄像机(11)、数字天平(12)和PLC控制器(13)均与电源(14)电性连接。
5.根据权利要求1所述的一种高通量考种的装置，其特征在于，所述给料盘(14)的底部一侧设置有锥形下料口(15)，且锥形下料口(15)位于传送带(7)的上方。
6.根据权利要求5所述的一种高通量考种的装置，其特征在于，所述锥形下料口(15)与传送带(7)的高度差为6～12厘米，所述3D激光轮廓传感器(10)与传送带(7)的高度差为15～18厘米。
7.根据权利要求1所述的一种高通量考种的装置，其特征在于，所述数码放大摄像机(11)与传送带(7)的高度差为20～26厘米，且数码放大摄像机(11)的拍摄宽度为传送带(7)长度的60％～75％。
8.根据权利要求1所述的一种高通量考种的装置，其特征在于，所述数字天平(12)与传送带(7)的高度差为6～10厘米。
9.一种高通量考种装置的使用方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S1：通过PLC控制器(13)控制并启动数字天平(12)，将数字天平(12)调校归零；
步骤S2：将待考种的种子投放到给料盘(43)内，并通过PLC控制器(13)同步启动给料盘(4)、传送带(7)、3D激光轮廓传感器(10)和数码放大摄像机(11)，给料盘(4)通电运转并将种子逐粒的投放到传送带(7)上；
步骤S3：传送带(7)顺时针旋转并将种子向右侧传送，3D激光轮廓传感器(10)通电运转并对传送带(7)左半段逐渐传送过来的种子进行计数，并获取种子的数量、时序高度信息和色彩信息；
步骤S4：传送带(7)将种子逐粒的传送至右半段，数码放大摄像机(11)对传送带(7)右半段上的种子进行摄录工作，获取种子的时序图片信息；
步骤S5：传送带(7)将种子逐粒的向右侧输送并将种子落在数字天平(12)上，数字天平(12)检测种子的总重量，获得种子的时序重量信息；
步骤S6：通过PLC控制器(13)将步骤S3中所述的时序高度信息、色彩信息和步骤S4中所述的时序图片信息机械拼接，得到种子传送的完整图像；
步骤S7：通过PLC控制器(13)对步骤S6中所述的完整图像进行深度学习物体识别；
步骤S8：依据步骤S3中所述的时序高度信息和色彩信息，通过PLC控制器(13)对种子进行三维分析和色彩分析；
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