CN111895916A - 水稻穗长测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水稻穗长测量装置及测量方法，所述装置包括底座、输送机构、支承板、摄像机安装支架、摄像机、收束管和计算机；所述输送机构设置在底座上；所述支承板设置在底座上，并位于输送机构的上方，支承板在自身纵轴线处开有长方形通孔；所述收束管设置在支承板的纵轴线正下方，并位于输送机构的正上方；所述摄像机安装支架设置在支承板的正上方；所述摄像机可移动地设置在摄像机安装支架上，并与计算机连接，摄像机的镜头正对着支承板的长方形通孔中心。本发明通过输送机构将稻穗送入测量装置和送出测量装置，能够将弯曲散乱的稻穗无损地收束变直，降低稻穗形态对利用图像处理方法来测量穗长的准确度的影响。

Description

水稻穗长测量装置及测量方法

技术领域

本发明涉及一种水稻穗长测量装置及测量方法，属于机器视觉领域。

背景技术

水稻是中国重要的粮食作物，提高水稻产量是水稻育种的重要目标。水稻穗长与水稻产量密切相关，它决定了每穗最大的着生谷粒数，是重要的水稻表型参数。穗长是指从穗颈节处沿最长的主穗到穗顶部的距离，准确地测量出穗长将会为高产、优质的新水稻品种的筛选提供科学的依据。

目前，水稻穗长测量主要有以下三种方法：

1)人工测量的方法。水稻穗长的传统测量方法是操作人员用手拉直稻穗后再用直尺测量从穗颈节到穗顶部的距离。该方法有以下缺点：一是耗费大量时间和劳动力；二是人工拉直稻穗时容易引起稻穗顶部附近的谷粒脱落和小穗断开，从而对稻穗造成了损伤并且影响了穗长的测量准确度；三是容易因为操作人员的疲劳和疏忽而引入读数误差。

2)上海市农业科学院测试中心的胡传祚团队采用光栅测长的方法来测量穗长。该方法中的位移光栅与光电检测探头采取逻辑“与”的方式，检测到实物后同步进行计长。该方法有以下缺点：一是要求待测的稻穗要从穗颈节处剪下来才能测量出穗长；二是要求待测的稻穗很直才能保证测量精度，从而不适用于弯曲散乱的稻穗。

3)华中科技大学的骆清铭团队采用双相机成像的方法来测量穗长。该方法提出了专门的图像处理算法来识别稻穗并且计算穗长。该方法有以下缺点：一是因为采用了两个摄像头，从而增加了图像采集系统的搭建成本的同时还引入了图像配准误差这个系统误差；二是该方法中的图像处理算法所提取出来的稻穗主路径，因经历过骨架提取和重采样处理，已不能反映稻穗主穗的真实走向，其测量准确度容易受到稻穗弯曲程度、稻穗各小穗形态与位置的影响；三是该方法缺乏稻穗输送机构把稻穗送入测量系统和送出测量系统，需要操作人员手持稻穗，把手伸进封闭式暗室，在合适的位置摆放好稻穗而让摄像机拍摄到正确图像，而且在测量结束后还需要工作人员再次伸手进入封闭式暗室摸索稻穗然后取出稻穗，这对操作人员的专业度和熟练度要求较高，不便于在实际中推广使用。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种水稻穗长测量装置及测量方法，其通过输送机构将稻穗送入测量装置和送出测量装置，能够将弯曲散乱的稻穗无损地收束变直，降低稻穗形态对利用图像处理方法来测量穗长的准确度的影响。

本发明的第一个目的在于提供一种水稻穗长测量装置。

本发明的第二个目的在于提供一种水稻穗长测量方法。

本发明的第一个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种水稻穗长测量装置，所述装置包括底座、输送机构、支承板、摄像机安装支架、摄像机、收束管和计算机；

所述输送机构设置在底座上；

所述支承板设置在底座上，并位于输送机构的上方，支承板在自身纵轴线处开有长方形通孔；

所述收束管设置在支承板的纵轴线正下方，并位于输送机构的正上方；

所述摄像机安装支架设置在支承板的正上方；

所述摄像机可移动地设置在摄像机安装支架上，并与计算机连接，摄像机的镜头正对着支承板的长方形通孔中心。

进一步的，所述装置还包括光源机构和挡光机构；

所述光源机构可转动地设置在支承板下方，并位于收束管的两侧，光源机构的纵轴线平行于收束管的纵轴线；

所述挡光机构可转动地设置在支承板下方，并位于收束管与光源机构之间，挡光机构的纵轴线平行于收束管的纵轴线。

进一步的，所述光源机构包括条形灯、滑动支承座、灯罩管、灯罩管支承座和灯罩管旋钮；

所述条形灯的外表两侧面有长方形凹槽，使得滑动支承座能够沿着长方形凹槽滑动；

所述滑动支承座与灯罩管紧固连接；

所述灯罩管与灯罩管支承座为间隙配合，使得灯罩管能够在外力作用下发生旋转；

所述灯罩管的管壁设有一排圆形通孔，圆形通孔正对着条形灯的发光面；

所述灯罩管支承座为两个，两个灯罩管支承座前后设置，并与支承板紧固连接，两个灯罩管支承座处设有卡簧，以防止灯罩管发生纵向移动；

所述灯罩管旋钮与灯罩管紧固连接。

进一步的，所述挡光机构包括挡光棒、半圆柱块、挡光棒支承座和挡光棒旋钮；

所述挡光棒为横截面形状为半圆形的直棒；

所述半圆柱块与挡光棒紧固连接；

所述挡光棒和半圆柱块连接在一起所形成的圆柱部分与挡光棒支承座为间隙配合，使得挡光棒能够在外力作用下发生旋转；

所述挡光棒支承座为两个，两个挡光棒支承座前后设置，并与支承板紧固连接，两个挡光棒支承座处设有卡簧，以防止挡光棒发生纵向移动；

所述挡光棒旋钮与挡光棒、半圆柱块紧固连接。

进一步的，所述装置还包括遮光板，所述遮光板包括设置在支承板四侧的遮光板、设置在摄像机安装支架四侧的遮光板以及设置在摄像机安装支架正上方的遮光板。

进一步的，所述底座包括防滑支撑脚、底座横梁、底座纵梁和第一支撑柱；

所述防滑支撑脚与底座横梁紧固连接；

所述底座纵梁通过第一支撑柱与底座横梁紧固连接。

进一步的，所述支承板在四个角的位置上分别设有第二支撑柱，支承板通过第二支撑柱与底座紧固连接。

进一步的，所述收束管是横截面形状为半圆环的直管，收束管前端口的边缘进行倒圆角；

所述收束管的两端分别设有收束管支承座，所述收束管支承座与收束管的两端紧固连接，并与支承板紧固连接。

进一步的，所述输送机构包括三段式滚珠滑轨部件、滑板、遮光部件、牵拉部件和稻穗放置部件；

所述三段式滚珠滑轨部件包括依次滑动连接的外滑轨、中间滑轨和内滑轨，所述外滑轨与底座紧固连接，所述内滑轨与滑板紧固连接；

所述遮光部件位于滑板的前端，所述牵拉部件设置在遮光部件上，遮光部件和牵拉部件与滑板紧固连接；遮光部件包括上部遮光条、下部遮光条和遮光块，所述遮光块位于稻穗放置部件的前端，并与上部遮光条紧固连接；

所述稻穗放置部件固定于滑板的上方；稻穗放置部件包括稻穗放置板、侧边挡条、茎秆导向管和穗颈节固定件，所述穗颈节固定件包括按钮固定底座、按钮滑动件和弹簧，所述按钮固定底座和按钮滑动件上设有相匹配的通孔；所述侧边挡条为两个，两个侧边挡条设置在稻穗放置板的上方两侧，并与稻穗放置板紧固连接；所述稻穗放置板在自身纵轴线上设有半圆柱形直槽和长方形盲孔，所述茎秆导向管设置在半圆柱形直槽处，并与稻穗放置板紧固连接，所述按钮固定底座设置在长方形盲孔处，且按钮固定底座与长方形盲孔之间为过盈配合，所述弹簧设置在按钮固定底座内，并与按钮滑动件连接。

进一步的，所述摄像机安装支架包括支架横杆、支架竖杆、摄像机竖向运动机构、摄像机纵向运动机构和摄像机横向运动机构；

所述支架竖杆为两根，两根支架竖杆的上端分别与支架横杆的两端紧固连接，两根支架竖杆的下端与支承板紧固连接；

所述摄像机竖向运动机构、摄像机纵向运动机构和摄像机横向运动机构用于在开始测量前将摄像机的位置调整到镜头正对着支承板的长方形通孔中心；

所述摄像机竖向运动机构为两个，两个摄像机竖向运动机构与两根支架竖杆一一对应，每个摄像机竖向运动机构设置在对应的支架竖杆上；

所述摄像机纵向运动机构的两端分别设置在两个摄像机竖向运动机构上；

所述摄像机横向运动机构设置在摄像机纵向运动机构上；

所述摄像机设置在摄像机横向运动机构上。

本发明的第二个目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种水稻穗长测量方法，所述方法包括：

获取并保存不含稻穗的第一图像；

利用输送机构将稻穗送入测量装置，同时利用收束管将稻穗收束变直；

获取含有稻穗的第二图像，并将第二图像中的稻穗部分分割出来；

对已分割出稻穗部分的第二图像继续进行处理，得到膨胀后的稻穗轮廓所对应的最小外接正矩形在图像横轴的方向上以像素个数为单位的长度大小；

根据膨胀核在图像横轴的方向上以像素个数为单位的长度大小、膨胀后的稻穗轮廓所对应的最小外接正矩形在图像横轴的方向上以像素个数为单位的长度大小以及预先测定的像素数量与真实尺寸之间的正比例系数，计算出穗长。

进一步的，所述获取并保存不含稻穗的第一图像之前，还包括：

利用挡光机构消除位于收束管管壁上的圆点光斑；

所述利用挡光机构消除位于收束管管壁上的圆点光斑，具体包括：

开启光源机构中的条形灯；

观察摄像头拍摄所得的实时画面并旋转光源机构的两个灯罩管旋钮，直至灯光通过灯罩管的圆孔而直射到收束管管壁来获得最光亮的画面；

观察当前最光亮的实时画面并旋转挡光机构的两个挡光棒旋钮，直至灯光照射到收束管管壁上所形成的两排圆点光斑恰好被挡光棒遮挡消除。

进一步的，所述利用输送机构将稻穗送入测量装置，同时利用收束管将稻穗收束变直，具体包括：

利用牵拉部件把输送机构的滑板从测量装置中拉出至最大行程位置，按下稻穗放置板上的穗颈节固定件的按钮滑动件；

将稻穗放在稻穗放置板上，并使茎秆末端穿过按钮滑动件和按钮固定底座的通孔而进入茎秆导向管，待穗颈节移动到按钮滑动件处便松开按钮滑动件，使得按钮滑动件通过弹簧作用力来压紧穗颈节；

将输送机构的滑板推进测量装置，使得稻穗在收束管的引导作用下收束变直。

进一步的，所述对已分割出稻穗部分的第二图像继续进行处理，得到膨胀后的稻穗轮廓所对应的最小外接正矩形在图像横轴的方向上以像素个数为单位的长度大小，具体包括：

对已分割出稻穗部分的第二图像进行平行于图像横轴的方向上的膨胀处理，使得稻穗区域不会在中间某处完全断开为两个或以上个子区域；

寻找出图像中所有轮廓，并求出所有轮廓的面积；

对所有轮廓的面积进行大小排序，求出拥有最大面积的轮廓，该轮廓为膨胀后的稻穗轮廓；

求出这个膨胀后的稻穗轮廓所对应的最小外接正矩形，以及该最小外接正矩形在图像横轴的方向上以像素个数为单位的长度大小。

进一步的，所述根据膨胀核在图像横轴的方向上以像素个数为单位的长度大小、膨胀后的稻穗轮廓所对应的最小外接正矩形在图像横轴的方向上以像素个数为单位的长度大小以及预先测定的像素数量与真实尺寸之间的正比例系数，计算出穗长，如下式：

L＝K×(H-W)

其中，L为所述的穗长，K为预先测定的像素数量与真实尺寸之间的正比例系数，H为膨胀后的稻穗轮廓所对应的最小外接正矩形在图像横轴方向上以像素个数为单位的长度大小，W为膨胀核在图像横轴方向上以像素个数为单位的长度大小。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

1、本发明设置了输送机构和收束管，通过输送机构可以将弯曲散乱的稻穗送入测量装置，同时在收束管的作用下，能够无损地将弯曲散乱的稻穗收束变直，采用可靠而快捷的图像处理算法，准确地计算出穗长，能避免出现人工拉直稻穗所引起的谷粒脱落和小穗断开的问题，同时能避免人工测量时因为疲劳和疏忽所引入的读数误差，在测量完成后，通过输送机构可以将稻穗送出测量装置，使用非常方便。

2、本发明还设置了光源机构和挡光机构，光源机构位于收束管的两侧，且光源机构的纵轴线平行于收束管的纵轴线，可以为图像的采集提供合适的光照，挡光机构位于收束管与光源机构之间，且挡光机构的纵轴线平行于收束管的纵轴线，可以消除灯光在收束管管壁所形成的光斑，以提高水稻穗长的测量精度。

3、本发明还设置了遮光板，遮光板包括设置在支承板四侧的遮光板、设置在摄像机安装支架四侧的遮光板以及设置在摄像机安装支架正上方的遮光板，可以阻挡测量装置外部的环境光进入测量装置内部，避免水稻穗长的测量受到外部环境光的影响。

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示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明实施例的水稻穗长测量装置内部结构示意图。

图2为本发明实施例的水稻穗长测量装置完整结构示意图。

图3为本发明实施例的底座结构示意图。

图4为本发明实施例的第一支撑柱结构示意图。

图5为本发明实施例的支承板结构示意图。

图6为本发明实施例的第二支撑柱结构示意图。

图7为本发明实施例的支承板与底座连接示意图。

图8为本发明实施例的输送机构结构示意图。

图9为本发明实施例的输送机构与底座连接示意图。

图10为本发明实施例的稻穗放置部件结构示意图。

图11为本发明实施例的稻穗放置部件与滑板连接示意图。

图12为本发明实施例的稻穗放置板结构示意图。

图13为本发明实施例的穗颈节固定件结构示意图。

图14为本发明实施例的茎秆导向管结构示意图。

图15为本发明实施例的收束管结构示意图。

图16为本发明实施例的收束管支承座结构示意图。

图17为本发明实施例的收束管与支承板连接立体示意图。

图18为本发明实施例的收束管与支承板连接后视示意图。

图19为本发明实施例的摄像机安装支架与支承板连接示意图。

图20为本发明实施例的第一连接块结构示意图。

图21为本发明实施例的第二连接块结构示意图。

图22为本发明实施例的第三连接块结构示意图。

图23为本发明实施例的光源机构与支承板连接立体示意图。

图24为本发明实施例的光源机构与支承板连接后视示意图。

图25为本发明实施例的条形灯与滑动支承座结构示意图。

图26为本发明实施例的灯罩管结构示意图。

图27为本发明实施例的灯罩管支承座结构示意图。

图28为本发明实施例的挡光机构与支承板连接立体示意图。

图29为本发明实施例的挡光机构与支承板连接后视示意图。

图30为本发明实施例的挡光棒结构示意图。

图31为本发明实施例的半圆柱块结构示意图。

图32为本发明实施例的挡光棒支承座结构示意图。

图33为本发明实施例的水稻穗长测量方法流程图。

图34为本发明实施例的利用挡光机构消除位于收束管管壁上的圆点光斑的流程图。

图35为本发明实施例的利用输送机构将稻穗送入测量装置，同时利用收束管将稻穗收束变直的流程图。

图36为本发明实施例的求出膨胀后的稻穗轮廓所对应的最小外接正矩形在图像横轴的方向上以像素个数为单位的长度大小的流程图。

其中，1-底座，101-防滑支撑脚，102-底座横梁，103-底座纵梁，104-第一支撑柱，2-输送机构，201-三段式滚珠滑轨部件，2011-外滑轨，2012-中间滑轨，2013-内滑轨，202-滑板，203-遮光部件，204-牵拉部件，205-稻穗放置部件，2051-稻穗放置板，20511-半圆柱形直槽，20512-长方形盲孔，2052-侧边挡条，2053-茎秆导向管，2054-穗颈节固定件，20541-按钮固定底座，20542-按钮滑动件，20543-弹簧，3-支承板，301-长方形通孔，302-第二支撑柱，4-摄像机安装支架，401-支架横杆，402-支架竖杆，403-摄像机竖向运动机构，4031-第一连接块，404-摄像机纵向运动机构，4041-第二连接块，405-摄像机横向运动机构，4051-第三连接块，5-摄像机，6-收束管，601-收束管支承座，7-光源机构，701-条形灯，702-滑动支承座，703-灯罩管，7031-圆形通孔，704-灯罩管支承座，705-灯罩管旋钮，8-挡光机构，801-挡光棒，802-半圆柱块，803-挡光棒支承座，804-挡光棒旋钮，9-遮光板。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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做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。

实施例：

如图1～图2所示，本实施例提供了一种水稻穗长测量装置，该装置包括底座1、输送机构2、支承板3、摄像机安装支架4、摄像机5、收束管6和计算机(图中未示出)。

如图1～图4所示，底座1用于支撑整个测量装置并防止测量装置发生滑动，底座1放置在静止的水平面上，其包括防滑支撑脚101、底座横梁102、底座纵梁103和第一支撑柱104。

进一步地，防滑支撑脚101与底座横梁102紧固连接，底座纵梁通过第一支撑柱104与底座横梁102紧固连接；具体地，防滑支撑脚101为四个，底座横梁102为两根，其中两个防滑支撑脚101与其中一根底座横梁102紧固连接，另外两个防滑支撑脚101与另一根底座横梁102紧固连接，防滑支撑脚101能够通过螺母、垫圈来与底座横梁102实现紧固连接；第一支撑柱104为四个，底座纵梁103为两根，其中一根底座纵梁103的两端通过其中两个第一支撑柱104、螺钉与两根底座横梁102的其中一端实现紧固连接，另一根底座纵梁103的两端通过另外两个第一支撑柱104、螺钉与两根底座横梁102的另一端实现紧固连接。

如图1～图7所示，支承板3用于安装摄像机安装支架4和收束管6，支承板3的各个表面均为黑色，并且在自身纵轴线处开有长方形通孔301，支承板3安装在底座1上，并位于输送机构2的上方，为了使支承板3安装在底座1上，本实施例在支承板3在四个角的位置上分别设有第二支撑柱302，支承板3通过第二支撑柱302、螺柱、螺母、垫圈与底座纵梁103实现紧固连接。

如图1～图4、图8～图14所示，输送机构2用于将稻穗送入测量装置和送出测量装置，输送机构2安装在底座1上，其包括三段式滚珠滑轨部件201、滑板202、遮光部件203、牵拉部件204和稻穗放置部件205。

进一步地，三段式滚珠滑轨部件201包括依次滑动连接的外滑轨2011、中间滑轨2012和内滑轨2013，外滑轨2011与底座1紧固连接，外滑轨2011能够通过螺钉与底座纵梁103实现紧固连接；内滑轨2013与滑板202紧固连接，内滑轨2013能够通过螺钉与滑板202实现紧固连接。

进一步地，遮光部件203位于滑板202的前端，牵拉部件204设置在遮光部件203上，遮光部件203和牵拉部件204与滑板202紧固连接，遮光部件203和牵拉部件204能够通过螺钉、垫圈与滑板202实现紧固连接；遮光部件203包括上部遮光条、下部遮光条和遮光块，遮光块位于稻穗放置部件205的前端，并与上部遮光条紧固连接，遮光块通过螺钉与上部遮光条实现紧固连接。

进一步地，稻穗放置部件205固定于滑板202的上方，稻穗放置部件205能够通过螺钉、螺母固定于滑板202的上方；稻穗放置部件205包括稻穗放置板2051、侧边挡条2052、茎秆导向管2053和穗颈节固定件2054，穗颈节固定件2054包括按钮固定底座20541、按钮滑动件20542和弹簧20543，按钮固定底座20541和按钮滑动件20542上设有相匹配的通孔；其中，侧边挡条为两个，两个侧边挡条2052设置在稻穗放置板的上方两侧，并与稻穗放置板2051紧固连接，侧边挡条2052能够通过螺钉与稻穗放置板2051实现紧固连接；稻穗放置板2051在自身纵轴线上设有半圆柱形直槽20511和长方形盲孔20512，茎秆导向管2053设置在半圆柱形直槽20511处，并与稻穗放置板2051紧固连接，茎秆导向管2053通过螺钉与稻穗放置板2051实现紧固连接，按钮固定底座20541设置在长方形盲孔20512处，且按钮固定底座20541与长方形盲孔20512之间为过盈配合，弹簧20543设置在按钮固定底座20541内，并与按钮滑动件20542连接。

如图1～图2、图15～图18所示，收束管6用于引导稻穗收束变直，收束管6安装在支承板3的纵轴线正下方，并位于输送机构2的正上方。

进一步地，收束管6是横截面形状为半圆环的透明的无色的硬质直管，收束管6前端口的边缘进行倒圆角；所述收束管6的两端分别设有收束管支承座601，收束管支承座601与收束管6紧固连接，收束管支承座601能够通过螺钉与收束管6的两端实现紧固连接；收束管支承座601与支承板3紧固连接，收束管支承座601能够通过螺柱、螺母、垫圈来与支承板3实现紧固连接。

摄像机安装支架4用于安装摄像机5，并将摄像机5调整到合适的位置进行拍摄，摄像机安装支架4安装在支承板3的正上方；摄像机5可移动地设置在摄像机安装支架4上，并通过数据线与计算机连接，摄像机5的镜头正对着支承板3的长方形通孔中心301，摄像机5用于拍摄图像，并将图像发送给计算机，计算机能够运行穗长测量软件来接收、存储和处理从摄像机5发送过来的图像并求出穗长。

如图1～图2、图19～图22所示，摄像机安装支架4包括支架横杆401、支架竖杆402、摄像机竖向运动机构403、摄像机纵向运动机构404和摄像机横向运动机构405。

进一步地，支架横杆401和支架竖杆402均为铝型材；其中，支架竖杆402为两根，两根支架竖杆402的上端分别与支架横杆401的两端紧固连接，两根支架竖杆402的上端能够通过角码、螺钉、螺母分别与支架横杆401实现紧固连接；两根支架竖杆402的下端与支承板3紧固连接，两根支架竖杆402的下端能够通过角码、螺钉、螺母与支承板3实现紧固连接。

进一步地，摄像机竖向运动机构403、摄像机纵向运动机构404和摄像机横向运动机构405用于在开始测量前将摄像机5的位置调整到镜头正对着支承板3的长方形通孔301中心；其中，摄像机竖向运动机构403为两个，两个摄像机竖向运动机构403与两根支架竖杆402一一对应，每个摄像机竖向运动机构403设置在对应的支架竖杆402上；摄像机纵向运动机构404的两端分别设置在两个摄像机竖向运动机构403上，摄像机横向运动机构405设置在摄像机纵向运动机构404上，摄像机5设置在摄像机横向运动机构405上；两个摄像机竖向运动机构403能够带动摄像机纵向运动机构404沿竖向运动，从而使摄像机5沿竖向运动，摄像机纵向运动机构404能够带动横向运动机构405沿纵向运动，从而使摄像机5沿纵向运动，摄像机横向运动机构405能够直接带动摄像机5沿横向运动，通过这几个运动机构的带动，可以在开始测量前将摄像机5的位置调整到镜头正对着支承板3的长方形通孔301中心。

具体地，摄像机竖向运动机构403包括竖向滑块导轨部件、竖向滑块限位片、竖向滑块定位部件，竖向滑块导轨部件包括竖向滑块和竖向导轨，竖向导轨与支架竖杆紧固连接，竖向导轨能够通过螺钉、螺母与支架竖杆402实现紧固连接，竖向滑块限位片与竖向导轨紧固连接，竖向滑块限位片能够通过螺钉与竖向导轨实现紧固连接；竖向滑块定位部件包括第一连接块4031和第一定位螺钉，第一连接块4031与竖向滑块紧固连接，第一连接块4031能够通过螺钉、垫圈与竖向滑块实现紧固连接，第一定位螺钉与第一连接块4031之间为螺纹连接，通过不断旋入第一定位螺钉直至其挤压到竖向导轨来达到对竖向滑块的定位效果。

具体地，摄像机纵向运动机构404包括纵向滑块导轨部件和和纵向滑块定位部件，纵向滑块导轨部件包括纵向滑块和纵向导轨，纵向导轨与第一连接块4031紧固连接，纵向导轨能够通过螺钉与第一连接块4031实现紧固连接；纵向滑块定位部件包括第二连接块4041和第二定位螺钉，第二连接块4041与纵向滑块紧固连接，第二连接块4041能够通过螺钉、垫圈与纵向滑块实现紧固连接，第二定位螺钉与第二连接块4041之间为螺纹连接，通过不断旋入第二定位螺钉直至其挤压到纵向导轨来达到对纵向滑块的定位效果。

具体地，摄像机横向运动机构405包括横向滑块导轨部件和横向滑块定位部件，横向滑块导轨部件包括横向滑块、横向导轨和导轨支撑柱，横向导轨通过导轨支撑柱、螺钉、螺母、垫圈与第二连接块4041实现紧固连接，横向滑块定位部件包括第三连接块4051和第三定位螺钉，第三连接块4051与横向滑块紧固连接，第三连接块4051能够通过螺钉与横向滑块实现紧固连接，第三定位螺钉与第二连接块4041之间为螺纹连接，通过不断旋入第三定位螺钉直至其挤压到第三连接块4051来达到对横向滑块的定位效果；摄像机5与第三连接块4051紧固连接，摄像机5通过摄像机支撑柱、螺钉、垫圈与第三连接块4051实现紧固连接。

为了给图像的采集提供合适的光照，以及消除灯光在收束管6管壁所形成的光斑，本实施例的测量装置还包括光源机构7和挡光机构8，此时支承板3还用于安装光源机构7和挡光机构8。

进一步地，光源机构7用于为图像的采集提供合适的光照，光源机构7可转动地安装在支承板3下方，并位于收束管6的两侧，光源机构7的纵轴线平行于收束管6的纵轴线。

进一步地，挡光机构8用于消除灯光在收束管6管壁所形成的光斑，挡光机构8可转动地安装在支承板3下方，并位于收束管6与光源机构7之间，挡光机构8的纵轴线平行于收束管6的纵轴线。

如图1～图2、图23～图27所示，光源机构7包括条形灯701、滑动支承座702、灯罩管703、灯罩管支承座704和灯罩管旋钮705。

进一步地，条形灯701的外表两侧面有长方形凹槽，使得滑动支承座702能够沿着长方形凹槽滑动；滑动支承座702与灯罩管703紧固连接，为了更好地与灯罩管703紧固连接，滑动支承座702可以为两个，两个滑动支承座702前后设置，并能够通过螺钉与灯罩管实现紧固连接；灯罩管703与灯罩管支承座704为间隙配合，使得灯罩管703能够在外力作用下发生旋转；灯罩管703的管壁设有一排圆形通孔7031，圆形通孔7031正对着条形灯701的发光面；灯罩管支承座704为两个，两个灯罩管支承座704前后设置，并与支承板3紧固连接，灯罩管支承座704能够通过螺钉、螺母、垫圈与支承板3实现紧固连接；两个灯罩管支承座704处设有卡簧，以防止灯罩管703发生纵向移动；灯罩管旋钮705与灯罩管703紧固连接，灯罩管旋钮705能够通过紧定螺钉与灯罩管703实现紧固连接。

如图1～图2、图28～图32所示，挡光机构8包括挡光棒801、半圆柱块802、挡光棒支承座803和挡光棒旋钮804。

进一步地，挡光棒801为横截面形状为半圆形的不透明的黑色的硬质直棒；半圆柱块802与挡光棒801紧固连接，半圆柱块802能够通过螺钉与挡光棒801紧固连接；挡光棒801和半圆柱块802连接在一起所形成的圆柱部分与挡光棒支承座为间隙配合，使得挡光棒801能够在外力作用下发生旋转；挡光棒支承座803为两个，两个挡光棒支承座前后设置，并与支承板3紧固连接，挡光棒支承座803能够通过螺钉、螺母、垫圈与支承板3实现紧固连接；两个挡光棒支承座803处设有卡簧，以防止挡光棒801发生纵向移动；挡光棒旋钮804与挡光棒801、半圆柱块802紧固连接，挡光棒旋钮804通过紧定螺钉与挡光棒801、半圆柱块802实现紧固连接。

为了阻挡测量装置外部的环境光进入测量装置内部，本实施例的测量装置还包括遮光板9，此时支承板3还用于安装遮光板9；该遮光板9内表面均为黑色，以降低反光能力，其包括设置在支承板四侧的遮光板9、设置在摄像机安装支架四侧的遮光板9以及设置在摄像机安装支架正上方的遮光板9，遮光板9能够通过螺钉安装在支承板四侧、摄像机安装支架四侧以及摄像机安装支架正上方，其中支承板四侧是指支承板的前侧、后侧、左侧和右侧，摄像机安装支架四侧是指摄像机安装支架的前侧、后侧、左侧和右侧。

如图33所示，本实施例还提供了一种水稻穗长测量方法，该方法基于上述测量装置实现，包括以下步骤：

S101、获取并保存不含稻穗的第一图像。

由于本实施例设置了光源机构和挡光机构，在步骤S101之前，还包括：利用挡光机构消除位于收束管管壁上的圆点光斑，如图34所示，具体包括：

S201、开启光源机构中的条形灯。

S202、观察摄像头拍摄所得的实时画面并旋转光源机构的两个灯罩管旋钮，直至灯光通过灯罩管的圆孔而直射到收束管管壁来获得最光亮的画面。

具体地，在计算机显示屏的穗长测量软件界面上观察摄像头拍摄所得的实时画面并旋转光源机构的两个灯罩管旋钮，直至灯光通过灯罩管的圆孔而直射到收束管管壁来获得最光亮的画面，在之后的测量过程中便保持两个灯罩管旋钮不再转动。

S203、观察当前最光亮的实时画面并旋转挡光机构的两个挡光棒旋钮，直至灯光照射到收束管管壁上所形成的两排圆点光斑恰好被挡光棒遮挡消除。

具体地，在计算机显示屏的穗长测量软件界面上观察当前最光亮的实时画面并旋转挡光机构的两个挡光棒旋钮，直至灯光照射到收束管管壁上所形成的两排圆点光斑恰好被挡光棒遮挡消除，在之后的测量过程中便保持两个挡光棒旋钮不再转动。

通过上述步骤S201～S203的处理之后，本实施例的步骤S101中获取并保存的第一图像为已消除收束管管壁上的圆点光斑但不含稻穗的第一图像，该步骤S101具体包括：

点击计算机显示屏的穗长测量软件界面上的获取第一图像按钮，摄像机便会自动拍摄此刻的已消除收束管管壁上的圆点光斑但不含稻穗的第一图像并发送到计算机；在穗长测量软件的指令下，计算机会自动保存从摄像机发送过来的第一图像到指定的路径位置，以便在之后所有的穗长测量中都能重复使用这个第一图像而不需要在每次开始穗长测量前都重复上述操作来获取第一图像；其中，第一图像中没有稻穗、没有位于收束管管壁上的圆点光斑，但第一图像中的收束管的两侧边缘高亮而形成两条线状光斑。

S102、利用输送机构将稻穗送入测量装置，同时利用收束管将稻穗收束变直。

该步骤S102如图35所示，具体包括：

S1021、利用牵拉部件把输送机构的滑板从测量装置中拉出至最大行程位置，按下稻穗放置板上的穗颈节固定件的按钮滑动件。

S1022、将稻穗放在稻穗放置板上，并使茎秆末端穿过按钮滑动件和按钮固定底座的通孔而进入茎秆导向管，待穗颈节移动到按钮滑动件处便松开按钮滑动件，使得按钮滑动件通过弹簧作用力来压紧穗颈节。

S1023、将输送机构的滑板推进测量装置，使得稻穗在收束管的引导作用下收束变直。

S103、获取含有稻穗的第二图像，并将第二图像中的稻穗部分分割出来。

通过上述步骤S201～S203的处理之后，本实施例的步骤S103中获取的第二图像为已消除收束管管壁上的圆点光斑并且含有稻穗的第二图像，该步骤S103具体包括：

点击计算机显示屏的穗长测量软件界面上的开始测量按钮，摄像机便会拍摄此刻的已消除收束管管壁上的圆点光斑并且含有稻穗的第二图像，并发送到计算机以便穗长测量软件进行后续的图像处理；将第二图像减去第一图像，得到已消除收束管两侧边缘的线状光斑的稻穗彩色图像；对已消除收束管两侧边缘的线状光斑的稻穗彩色图像依次进行灰度化、滤波、二值化处理，得到分割为背景和稻穗两部分的二值图像。

A、对已消除收束管两侧边缘的线状光斑的稻穗彩色图像依次进行灰度化、滤波、二值化处理的步骤中，基于以下公式进行灰度化处理，得到稻穗灰度图像：

I(x,y)＝0.114×B(x,y)+0.587×G(x,y)+0.299×R(x,y) (1)

其中，I(x,y)为所述稻穗灰度图像在坐标点(x,y)处的像素的灰度值，B(x,y)为所述稻穗彩色图像在坐标点(x,y)处的像素在RGB色彩空间中的蓝色分量值，G(x,y)为所述稻穗彩色图像在坐标点(x,y)处的像素在RGB色彩空间中的绿色分量值，R(x,y)为所述稻穗彩色图像在坐标点(x,y)处的像素在RGB色彩空间中的红色分量值。

B、对已消除收束管两侧边缘的线状光斑的稻穗彩色图像依次进行灰度化、滤波、二值化处理的步骤中，基于以下方式对稻穗灰度图像进行滤波处理，得到滤波后的稻穗灰度图像：

求出灰度图中每个像素点的邻域内的所有像素灰度值的中值，并用该中值替换掉该像素点原来的灰度值。

C、对已消除收束管两侧边缘的线状光斑的稻穗彩色图像依次进行灰度化、滤波、二值化处理的步骤中，基于以下方式对滤波后的稻穗灰度图像进行二值化处理，得到稻穗二值图像：

利用最大类间方差法来确定对图像进行二值化处理时所使用的阈值，并根据下式将图像分割为背景和稻穗两个部分：

其中，G(x,y)表示滤波后的稻穗灰度图像在坐标点(x,y)处的像素的灰度值，F(x,y)表示二值化后的稻穗图像在坐标点(x,y)处的像素的灰度值，T表示利用最大类间方差法所确定的阈值。

S104、对已分割出稻穗部分的第二图像继续进行处理，得到膨胀后的稻穗轮廓所对应的最小外接正矩形在图像横轴的方向上以像素个数为单位的长度大小。

该步骤S104如图36所示，具体包括：

S1041、对已分割出稻穗部分的第二图像进行平行于图像横轴的方向上的膨胀处理，使得稻穗区域不会在中间某处完全断开为两个或以上个子区域。

S1042、寻找出图像中所有轮廓，并求出所有轮廓的面积。

S1043、对所有轮廓的面积进行大小排序，求出拥有最大面积的轮廓，该轮廓为膨胀后的稻穗轮廓。

S1044、求出这个膨胀后的稻穗轮廓所对应的最小外接正矩形，以及该最小外接正矩形在图像横轴的方向上以像素个数为单位的长度大小。

S105、根据膨胀核在图像横轴的方向上以像素个数为单位的长度大小、膨胀后的稻穗轮廓所对应的最小外接正矩形在图像横轴的方向上以像素个数为单位的长度大小以及预先测定的像素数量与真实尺寸之间的正比例系数，计算出穗长。

基于以下公式，得到穗长：

L＝K×(H-W) (3)

其中，L为所述的穗长，K为预先测定的像素数量与真实尺寸之间的正比例系数，H为膨胀后的稻穗轮廓所对应的最小外接正矩形在图像横轴方向上以像素个数为单位的长度大小，W为膨胀核在图像横轴方向上以像素个数为单位的长度大小。

上述实施例中，第一图像和第二图像的图像横轴的方向平行于收束管的纵轴线；最小外接正矩形的四边分别平行于图像的四条边界线。

本发明通过输送机构可以将弯曲散乱的稻穗送入测量装置，同时在收束管的作用下，能够无损地将弯曲散乱的稻穗收束变直，采用可靠而快捷的图像处理算法，准确地计算出穗长，能避免出现人工拉直稻穗所引起的谷粒脱落和小穗断开的问题，同时能避免人工测量时因为疲劳和疏忽所引入的读数误差，在测量完成后，通过输送机构可以将稻穗送出测量装置，使用非常方便。

以上所述，仅为本发明专利较佳的实施例，但本发明专利的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明专利所公开的范围内，根据本发明专利的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都属于本发明专利的保护范围。

Claims (10)

1.一种水稻穗长测量装置，其特征在于，所述装置包括底座、输送机构、支承板、摄像机安装支架、摄像机、收束管和计算机；

所述输送机构设置在底座上；

所述支承板设置在底座上，并位于输送机构的上方，支承板在自身纵轴线处开有长方形通孔；

所述收束管设置在支承板的纵轴线正下方，并位于输送机构的正上方；

所述摄像机安装支架设置在支承板的正上方；

所述摄像机可移动地设置在摄像机安装支架上，并与计算机连接，摄像机的镜头正对着支承板的长方形通孔中心。

2.根据权利要求1所述的水稻穗长测量装置，其特征在于，所述装置还包括光源机构和挡光机构；

所述光源机构可转动地设置在支承板下方，并位于收束管的两侧，光源机构的纵轴线平行于收束管的纵轴线；

所述挡光机构可转动地设置在支承板下方，并位于收束管与光源机构之间，挡光机构的纵轴线平行于收束管的纵轴线。

3.根据权利要求2所述的水稻穗长测量装置，其特征在于，所述光源机构包括条形灯、滑动支承座、灯罩管、灯罩管支承座和灯罩管旋钮；

所述条形灯的外表两侧面有长方形凹槽，使得滑动支承座能够沿着长方形凹槽滑动；

所述滑动支承座与灯罩管紧固连接；

所述灯罩管与灯罩管支承座为间隙配合，使得灯罩管能够在外力作用下发生旋转；

所述灯罩管的管壁设有一排圆形通孔，圆形通孔正对着条形灯的发光面；

所述灯罩管支承座为两个，两个灯罩管支承座前后设置，并与支承板紧固连接，两个灯罩管支承座处设有卡簧，以防止灯罩管发生纵向移动；

所述灯罩管旋钮与灯罩管紧固连接。

4.根据权利要求2所述的水稻穗长测量装置，其特征在于，所述挡光机构包括挡光棒、半圆柱块、挡光棒支承座和挡光棒旋钮；

所述挡光棒为横截面形状为半圆形的直棒；

所述半圆柱块与挡光棒紧固连接；

所述挡光棒和半圆柱块连接在一起所形成的圆柱部分与挡光棒支承座为间隙配合，使得挡光棒能够在外力作用下发生旋转；

所述挡光棒支承座为两个，两个挡光棒支承座前后设置，并与支承板紧固连接，两个挡光棒支承座处设有卡簧，以防止挡光棒发生纵向移动；

所述挡光棒旋钮与挡光棒、半圆柱块紧固连接。

5.根据权利要求1-4任一项所述的水稻穗长测量装置，其特征在于，所述输送机构包括三段式滚珠滑轨部件、滑板、遮光部件、牵拉部件和稻穗放置部件；

所述三段式滚珠滑轨部件包括依次滑动连接的外滑轨、中间滑轨和内滑轨，所述外滑轨与底座紧固连接，所述内滑轨与滑板紧固连接；

所述遮光部件位于滑板的前端，所述牵拉部件设置在遮光部件上，遮光部件和牵拉部件与滑板紧固连接；遮光部件包括上部遮光条、下部遮光条和遮光块，所述遮光块位于稻穗放置部件的前端，并与上部遮光条紧固连接；

所述稻穗放置部件固定于滑板的上方；稻穗放置部件包括稻穗放置板、侧边挡条、茎秆导向管和穗颈节固定件，所述穗颈节固定件包括按钮固定底座、按钮滑动件和弹簧，所述按钮固定底座和按钮滑动件上设有相匹配的通孔；所述侧边挡条为两个，两个侧边挡条设置在稻穗放置板的上方两侧，并与稻穗放置板紧固连接；所述稻穗放置板在自身纵轴线上设有半圆柱形直槽和长方形盲孔，所述茎秆导向管设置在半圆柱形直槽处，并与稻穗放置板紧固连接，所述按钮固定底座设置在长方形盲孔处，且按钮固定底座与长方形盲孔之间为过盈配合，所述弹簧设置在按钮固定底座内，并与按钮滑动件连接。

6.一种水稻穗长测量方法，其特征在于，所述方法包括：

获取并保存不含稻穗的第一图像；

利用输送机构将稻穗送入测量装置，同时利用收束管将稻穗收束变直；

获取含有稻穗的第二图像，并将第二图像中的稻穗部分分割出来；

对已分割出稻穗部分的第二图像继续进行处理，得到膨胀后的稻穗轮廓所对应的最小外接正矩形在图像横轴的方向上以像素个数为单位的长度大小；

根据膨胀核在图像横轴的方向上以像素个数为单位的长度大小、膨胀后的稻穗轮廓所对应的最小外接正矩形在图像横轴的方向上以像素个数为单位的长度大小以及预先测定的像素数量与真实尺寸之间的正比例系数，计算出穗长。

7.根据权利要求6所述的水稻穗长测量方法，其特征在于，所述获取并保存不含稻穗的第一图像之前，还包括：

利用挡光机构消除位于收束管管壁上的圆点光斑；

所述利用挡光机构消除位于收束管管壁上的圆点光斑，具体包括：

开启光源机构中的条形灯；

观察摄像头拍摄所得的实时画面并旋转光源机构的两个灯罩管旋钮，直至灯光通过灯罩管的圆孔而直射到收束管管壁来获得最光亮的画面；

观察当前最光亮的实时画面并旋转挡光机构的两个挡光棒旋钮，直至灯光照射到收束管管壁上所形成的两排圆点光斑恰好被挡光棒遮挡消除。

8.根据权利要求6所述的水稻穗长测量方法，其特征在于，所述利用输送机构将稻穗送入测量装置，同时利用收束管将稻穗收束变直，具体包括：

利用牵拉部件把输送机构的滑板从测量装置中拉出至最大行程位置，按下稻穗放置板上的穗颈节固定件的按钮滑动件；

将稻穗放在稻穗放置板上，并使茎秆末端穿过按钮滑动件和按钮固定底座的通孔而进入茎秆导向管，待穗颈节移动到按钮滑动件处便松开按钮滑动件，使得按钮滑动件通过弹簧作用力来压紧穗颈节；

将输送机构的滑板推进测量装置，使得稻穗在收束管的引导作用下收束变直。

9.根据权利要求6-8任一项所述的水稻穗长测量方法，其特征在于，所述对已分割出稻穗部分的第二图像继续进行处理，得到膨胀后的稻穗轮廓所对应的最小外接正矩形在图像横轴的方向上以像素个数为单位的长度大小，具体包括：

对已分割出稻穗部分的第二图像进行平行于图像横轴的方向上的膨胀处理，使得稻穗区域不会在中间某处完全断开为两个或以上个子区域；

寻找出图像中所有轮廓，并求出所有轮廓的面积；

对所有轮廓的面积进行大小排序，求出拥有最大面积的轮廓，该轮廓为膨胀后的稻穗轮廓；

求出这个膨胀后的稻穗轮廓所对应的最小外接正矩形，以及该最小外接正矩形在图像横轴的方向上以像素个数为单位的长度大小。

10.根据权利要求6-8任一项所述的水稻穗长测量方法，其特征在于，所述根据膨胀核在图像横轴的方向上以像素个数为单位的长度大小、膨胀后的稻穗轮廓所对应的最小外接正矩形在图像横轴的方向上以像素个数为单位的长度大小以及预先测定的像素数量与真实尺寸之间的正比例系数，计算出穗长，如下式：

L＝K×(H-W)

其中，L为所述的穗长，K为预先测定的像素数量与真实尺寸之间的正比例系数，H为膨胀后的稻穗轮廓所对应的最小外接正矩形在图像横轴方向上以像素个数为单位的长度大小，W为膨胀核在图像横轴方向上以像素个数为单位的长度大小。

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