CN112557394A - 一种全自动玉米果穗高通量考种仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全自动玉米果穗高通量考种仪。该装置实现了高精度、高通量和全自动的玉米果穗表型信息获取和数字一体化数据存储。本发明利用工业相机从上下两面拍摄放置于透明托盘上的玉米果穗，实现对玉米果穗的表型性状的获取；利用旋转机构旋转果穗托盘到特定工位执行相应的动作，以达到全自动玉米果穗考种的目的；结合图像处理的技术，从果穗图片中提取玉米果穗和籽粒的相关共十五种性状参数。本发明提供了一种高通量、全自动、高精度的玉米果穗考种方案，有效帮助玉米研究人员快速准确获取玉米产量性状，让玉米考种不再成为玉米研究的瓶颈。
Description
技术领域
本发明属于农业自动化领域，具体涉及一种全自动玉米果穗高通量考种仪。
背景技术
玉米已经成我国第一粮食作物，在食、饲、商、药等领域有着广泛的引用价值，推进玉米育种的研究，提高玉米产量，提升玉米质量，对于我国经济发展有着重大的影响。玉米产量性状测量即玉米考种对于玉米育种研究和挖掘玉米基因潜力是必不可少的步骤，玉米的的考种包括考察玉米果穗和籽粒的相关性状，对于果穗来说，我们比较关注它的突尖长度、整穗长宽、行列数以及每行所拥有的籽粒数，而对于籽粒来说，籽粒数量、籽粒长宽、粒色和粒型等数据是对于玉米育种比较重要的性状参数，是我们评价玉米产量的重要指标。
要实现对玉米产量性状测量，传统的玉米考种主要靠人工测量的方法，效率低、耗时长、精度差，严重影响了玉米育种的进程。近年来，自动化和图像处理的技术被广泛应用，市面上出现了一批半自动化的玉米考种设备，比如利用工业相机测量铺于背光板的玉米籽粒，得到相关性状参数；比如利用扫描仪获取果穗图像来提取相关参数。就目前而言，市面上的玉米考种设备获取图像的方式一般需要人工放置玉米稻穗或者籽粒于测量背景板上，自动化程度低，需要进行较多的人工操作步骤。
本发明设计了一种全自动玉米果穗高通量考种仪，实现了全自动、高通量、高精度的玉米产量性状测量，为玉米育种研究进程注入新的动力。
发明内容：
(一)要解决的技术问题
虽然获取果穗图片并不困难，但是获取在穗籽粒的性状比较困难，一方面需要在获将果穗上全部籽粒的图片，不能出现漏记缺记，另一方面在对籽粒计数时不能出现重复计统计的情况。在完成测量工作的前提下减少人工操作的步骤，实现全自动、高通量完成玉米果穗考种，根据图像来提取玉米表型参数信息，都是本发明需要解决的技术问题。
(二)技术方案
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案，提供了一种全自动玉米果穗高通量考种仪。
一种全自动玉米果穗高通量考种仪，用于实现高精度、高通量和全自动的玉米果穗表型信息获取和数字一体化数据存储，其特征在于：所述全自动玉米果穗高通量考种仪包括水平旋转托盘系统、图像采集系统、果穗推出机构、自动称重系统和计算机系统等部分；其中，水平旋转托盘系统包括多个透明托盘，托盘用于放置待测玉米果穗，所有托盘可在同一个水平面上围绕水平旋转托盘系统的中心轴进行旋转，并在n个旋转角度停留，n≥4，便于对果穗进行不同操作；图像采集系统包括至少两个工业相机和对应光源，从不同角度获取果穗的高分辨率图像，用于后续图像处理分析；果穗推出机构位于水平旋转托盘系统的一侧，将测量完毕的果穗从托盘上推出；自动称重系统对果穗重量进行测量；计算机系统基于图像采集系统获得的果穗图像，利用图像处理分析手段获取果穗表型参数，并存储与所测玉米果穗有关的所有参数信息，实现数字一体化数据存储。
优选地，所述水平旋转托盘系统由伺服电机带动，旋转台底部安装原位传感器，用于旋转台的回零操作。
优选地，托盘数量为4个，旋转角度也为4个，分别对应执行果穗放入、第一角度图像获取、第二角度图像获取和果穗推出这4个操作。
优选地，第一角度为顶部视角，第二角度为底部视角。
优选地，图像采集系统由2个工业相机和对应光源组成，其中2个工业相机分别位于水平旋转托盘系统在不同旋转角度停留位置的上方和下方，用于获取果穗的顶面图像和底面图像。
优选地，果穗推出机构用于在水平旋转托盘系统转至最后一个旋转角度停留位置时，将果穗从托盘上推出。
优选地，所述自动称重系统将放置于天平上的果穗进行重量测量，并将结果上传至计算机系统。
优选地，所述全自动玉米果穗高通量考种仪测量的表型参数包括突尖长度、整穗宽度、整穗长度、籽粒区宽度、籽粒区长度、籽粒数量、籽粒平均长度、籽粒厚度、行数、列数、每行粒数、穗重、籽粒平均色彩R值、籽粒平均色彩S 值和籽粒平均色彩V值中的一种或多种。
(三)有益效果
本发明基于发明人在本领域多年的技术积累和研发，提供了一种全自动玉米果穗高通量考种仪，用于实现高精度、高通量和全自动的玉米果穗表型信息获取和数字一体化数据存储。
与现有的技术而言，至少具备以下技术优势：(1)利用透明托盘放置玉米果穗，使用双相机上下拍摄，两者相互配合，得到完整的玉米果穗图片，不用考虑图片拼接和图片不全的问题，同时避免了常规自动化检测时所需要的滚动果穗的繁琐操作和复杂机械设计，为玉米性状的高精度获取提供了前提条件；(2) 自动化完成放置、图像获取、果穗输送和重量自动上传，极大地减轻了研究人员的工作量，提高了性状获取的效率；(3)采用旋转托盘设计，装置简易灵活，避免了直线型流水线式检测设备的占地面积和体积过大的缺点，降低了设备的软硬件成本，从而更加具备设备推广的有益条件。
附图说明
图1为本发明玉米高通量考种机内部示意图
图2为本发明玉米高通量考种机外观示意图。
图3为本发明玉米高通量考种机整体示意图。
图1中：1-一号位托盘，2-二号位托盘，3-三号位托盘，4-四号位托盘，5- 旋转平台，6-线性模组，7-推动板，8-出料口，9-顶部测量相机，10-底部测量相机。
具体实施方式
本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案，提供了一种全自动玉米果穗高通量考种仪。
一种全自动玉米果穗高通量考种仪，用于实现高精度、高通量和全自动的玉米果穗表型信息获取和数字一体化数据存储，其特征在于：所述全自动玉米果穗高通量考种仪包括水平旋转托盘系统、图像采集系统、果穗推出机构、自动称重系统和计算机系统等部分；其中内部结构如图1所示，水平旋转托盘系统包括多个透明托盘，托盘用于放置待测玉米果穗，所有托盘可在同一个水平面上围绕水平旋转托盘系统的中心轴进行旋转，并在n个旋转角度停留，n≥4，便于对果穗进行不同操作；图像采集系统包括至少两个工业相机和对应光源，从不同角度获取果穗的高分辨率图像，用于后续图像处理分析；果穗推出机构位于水平旋转托盘系统的一侧，由线性模组带动推动板将测量完毕的果穗从出料口推出；自动称重系统对果穗重量进行测量；计算机系统基于图像采集系统获得的果穗图像，利用图像处理分析手段获取果穗表型参数，并存储与所测玉米果穗有关的所有参数信息，实现数字一体化数据存储。
优选地，所述水平旋转托盘系统由伺服电机带动，旋转台底部安装原位传感器，用于旋转台的回零操作。
优选地，托盘数量为4个，旋转角度也为4个，分别对应执行果穗放入、第一角度图像获取、第二角度图像获取和果穗推出这4个操作。
优选地，第一角度为顶部视角，第二角度为底部视角。
优选地，图像采集系统由2个工业相机和对应光源组成，其中2个工业相机分别位于水平旋转托盘系统在不同旋转角度停留位置的上方和下方，用于获取果穗的顶面图像和底面图像。
优选地，果穗推出机构用于在水平旋转托盘系统转至最后一个旋转角度停留位置时，将果穗从托盘上推出。
优选地，所述自动称重系统将放置于天平上的果穗进行重量测量，并将结果上传至计算机系统。
优选地，所述全自动玉米果穗高通量考种仪测量的表型参数包括突尖长度、整穗宽度、整穗长度、籽粒区宽度、籽粒区长度、籽粒数量、籽粒平均长度、籽粒厚度、行数、列数、每行粒数、穗重、籽粒平均色彩R值、籽粒平均色彩S 值和籽粒平均色彩V值中的一种或多种。
为了更好地解释本发明的技术方案，系统工作流程如下；
开启设备点击“初始化化设备”，系统自动运行将残留在机器内部的果穗全部清理出来；“初始化设备”完成后，点击“开始测量”出现编号输入窗口，放入玉米果穗于一号位托盘，输入果穗编号，点击确定，旋转机构开始旋转；人机界面弹出编号输入窗口，输入编号点击确定或者点击“默认编号创建”按照上一样品标号+1来创建样品，如没有样品关闭弹窗，旋转机构旋转并重复输入编号操作；玉米果穗在一号位被放入，旋转到二号位拍摄底部图片，旋转到三号位拍摄顶部图片，旋转到四号位被推出机器，在电子天平上称重同时将果穗重量上传到电脑；最后将测量结果保存于Excel表格中方便用户对实验数据的管理和统计。
本申请中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例作各种修改或补充或采用类似的方法替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (8)
1.一种全自动玉米果穗高通量考种仪，用于实现高精度、高通量和全自动的玉米果穗表型信息获取和数字一体化数据存储，其特征在于：所述全自动玉米果穗高通量考种仪包括水平旋转托盘系统、图像采集系统、果穗推出机构、自动称重系统和计算机系统等部分；其中，水平旋转托盘系统包括多个透明托盘，托盘用于放置待测玉米果穗，所有托盘可在同一个水平面上围绕水平旋转托盘系统的中心轴进行旋转，并在n个旋转角度停留，n≥4，便于对果穗进行不同操作；图像采集系统包括至少两个工业相机和对应光源，从不同角度获取果穗的高分辨率图像，用于后续图像处理分析；果穗推出机构位于水平旋转托盘系统的一侧，将测量完毕的果穗从托盘上推出；自动称重系统对果穗重量进行测量；计算机系统基于图像采集系统获得的果穗图像，利用图像处理分析手段获取果穗表型参数，并存储与所测玉米果穗有关的所有参数信息，实现数字一体化数据存储。
2.根据权利要求1所述的全自动果穗高通量考种仪，其特征在于：所述水平旋转托盘系统由伺服电机带动，旋转台底部安装原位传感器，用于旋转台的回零操作。
3.根据权利要求1所述的全自动玉米果穗高通量考种仪，其特征在于：托盘数量为4个，旋转角度也为4个，分别对应执行果穗放入、第一角度图像获取、第二角度图像获取和果穗推出这4个操作。
4.根据权利要求3所述的全自动玉米果穗高通量考种仪，其特征在于：第一角度为顶部视角，第二角度为底部视角。
5.根据权利要求1所述的全自动玉米果穗高通量考种仪，其特征在于：图像采集系统由2个工业相机和对应光源组成，其中2个工业相机分别位于水平旋转托盘系统在不同旋转角度停留位置的上方和下方，用于获取果穗的顶面图像和底面图像。
6.根据权利要求1所述的全自动玉米果穗高通量考种仪，其特征在于：果穗推出机构用于在水平旋转托盘系统转至最后一个旋转角度停留位置时，将果穗从托盘上推出。
7.根据权利要求1所述的全自动玉米果穗高通量考种仪，其特征在于：所述自动称重系统将放置于天平上的果穗进行重量测量，并将结果上传至计算机系统。
8.根据权利要求1所述的全自动玉米果穗高通量考种仪，其特征在于：所述全自动玉米果穗高通量考种仪测量的表型参数包括突尖长度、整穗宽度、整穗长度、籽粒区宽度、籽粒区长度、籽粒数量、籽粒平均长度、籽粒厚度、行数、列数、每行粒数、穗重、籽粒平均色彩R值、籽粒平均色彩S值和籽粒平均色彩V值中的一种或多种。
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