CN114720469B - 基于图像的农作物含杂检测分析仪及含杂检测分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图像的农作物含杂检测分析仪及含杂检测分析方法，其包括机座、视觉组件、物料容器以及高透玻璃，视觉组件与物料容器分别位于高透玻璃的两侧，视觉组件连接控制器；还包括升降机构，升降机构具有升降座；物料容器安装在升降座上，且物料容器与升降座之间设置有压力传感器；升降机构、压力传感器均连接控制器。本发明通过升降机构驱动物料容器上升，并使高透玻璃对物料施加特定预压力，可有效消除蓬松物料表面起伏不平的特征，使得杂物凸显出来，视觉组件定焦获取图片即可得到满足要求的图像，得到的结果准确率高；在优选的实施例中，可利用物料混合器对物料进行多次翻动，并多次采样取平均值，得到更准确的含杂率。

Description

基于图像的农作物含杂检测分析仪及含杂检测分析方法

技术领域

本发明涉及农作物检测技术领域，特别是涉及一种基于图像的农作物含杂检测分析仪及含杂检测分析方法。

背景技术

在农业中，收获农作物后，需要对农作物的含杂率进行检测，现有的检测设备一般基于图像对农作物的含杂率进行检测，通过采集农作物的表层图像，利用图像算法分析图像中的杂质区域情况，得到含杂率数据。在获取农作物的图像之前，一般需要将农作物的表层处理平整，这样得到的数据会较为准确，但是对于棉花这类质地较为蓬松的农作物，由于其特征比较特殊，通过传统的视觉检测装置难以获得较好的农作物图像，测得的含杂率也不准。

现有技术中，专利CN108107049A公开了一种联合收获机粮箱籽粒含杂率与破碎率实时监测装置及方法，其包括取样料斗，取样料斗的侧面设置有压力传感器，且取样料斗具有透明侧壁，透明侧壁外侧具有CCD相机以及光源，工作时，谷物充满整个取样料斗时，压力传感器达到设定上限值，压力传感器将信号传送至数据处理与控制装置，数据处理与控制装置打开可变光源后CCD摄像机拍摄获取位于粮仓侧壁一侧取样料斗内谷物静止图像。该方案中，压力传感器通过检测压力值判断检测料斗内的物料质量是否达到要求（之所以将压力传感器设在侧边，是因为取样料斗的底部需要被打开），达到要求后，CCD摄像机开始检测图像。该装置中，由于CCD摄像机侧向采集图像，且压力传感器仅由于检测取样料斗内的物料是否达到预设量，因此，该装置不使用于棉花等蓬松物料的含杂率检测。

专利CN111937571A公开了一种谷物联合收获机含杂率、破碎率在线检测装置及粮仓，其包括传输机构、透明压板以及采集模块，传输机构用于输送谷物，传输机构上方安装有透明压板，透明压板将所述传输机构输送的谷物推压展开，在所述输送机构表面形成单层的谷物输送层，该专利中，透明压板相对于壳体是固定的，谷物经过透明压板的下方，透明压板起到将谷物上方刮平的作用，虽然透明压板能够被调节机构调节高度，但检测装置运转时，透明压板仍然是处于固定状态。

专利CN109085170A公开了一种谷物联合收割机破碎含杂在线检测方法与系统，其包括谷物采样箱，谷物采样仓侧面开口形成谷物样本拍照窗，谷物采样仓底部设置一伸缩板，伸缩板连接有驱动器，驱动器控制伸缩板周期性伸缩，所述伸缩板用于承托或释放所述谷物采样仓中的谷物样本，摄像装置透过所述谷物样本拍照窗实时拍摄所述伸缩板上的谷物样本，获取谷物样本图像。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种适用于对棉花等蓬松物料进行检测的基于图像的农作物含杂检测分析仪及含杂检测分析方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明的基于图像的农作物含杂检测分析仪，其包括机座、视觉组件、物料容器以及高透玻璃，所述视觉组件与所述物料容器分别位于所述高透玻璃的两侧，所述视觉组件连接控制器；

还包括升降机构，所述升降机构具有升降座；所述物料容器安装在所述升降座上，且所述物料容器与所述升降座之间设置有压力传感器；

所述升降机构、压力传感器均连接所述控制器；

所述视觉组件采集图像时，所述高透玻璃与所述物料容器内的被检测物料接触并对物料施加预压力；所述升降座处于低位时，所述高透玻璃与所述物料容器内的被检测物料脱离。

进一步地，所述物料容器内安装有用于搅动被检测物料的物料混合器。

进一步地，所述机座为箱体形式，其包括机箱本体以及能够相对于所述机箱本体打开的抽屉；所述视觉组件、高透玻璃以及所述升降机构均安装在所述机箱本体内；

所述物料容器安装在所述抽屉内，所述抽屉打开时，所述物料容器位于所述机箱本体之外。

进一步地，所述物料容器搁置在所述抽屉，当所述升降座带着所述物料容器上升后，所述物料容器脱离所述抽屉。

进一步地，所述升降座被丝杠推动作升降运动。

进一步地，所述抽屉两侧通过滑轨与所述机箱本体连接。

进一步地，所述高透玻璃通过支架安装在所述机箱本体内，所述支架具有向下延伸的凸起部，所述高透玻璃固定在所述凸起部的下方；所述视觉组件采集图像时，所述凸起部的下端伸入所述物料容器内。

进一步地，所述视觉组件包括相机以及补光灯。

基于图像的农作物含杂检测分析方法，其基于上述的基于图像的农作物含杂检测分析仪，并由控制器9实施，所述方法包括如下步骤：

步骤1.1），接收开始检测指令；

步骤1.2），控制所述升降机构运转以使所述升降座带着所述物料容器上升；

步骤1.3），获取所述压力传感器采集的压力数据，并判断所述压力数据是否满足预设条件，是则控制所述升降机构停止运转；

步骤1.4），通过所述视觉组件采集所述物料容器内的被检测物料的图像；

步骤1.5），根据采集的图像进行含杂率分析，得到分析结果。

进一步地，所述物料容器内安装有用于搅动被检测物料的物料混合器，步骤1.4）与步骤1.5）之间还包括：

步骤2.1），控制所述升降机构运转以使所述物料容器下降至最低位，回到步骤1.2），并记录循环次数；

步骤2.2），判断所述循环次数是否达到预设值，是则进入步骤1.5）。

有益效果：本发明的基于图像的农作物含杂检测分析仪及含杂检测分析方法，通过升降机构驱动物料容器上升，并使高透玻璃对物料施加特定预压力，可有效消除蓬松物料表面起伏不平的特征，使得杂物凸显出来，视觉组件定焦获取图片即可得到满足要求的图像进行含杂率分析，得到的结果准确率高；在优选的实施例中，可利用物料混合器对物料进行多次翻动，并多次采样取平均值，得到更准确的含杂率。

附图说明

图1为基于图像的农作物含杂检测分析仪的第一状态结构图；

图2为基于图像的农作物含杂检测分析仪的第二状态结构图；

图3为基于图像的农作物含杂检测分析仪的剖视结构图；

图4为基于图像的农作物含杂检测分析仪的硬件连接示意图；

图5为基于图像的农作物含杂检测分析方法的流程示意图。

图中：1-机座；11-机箱本体；12-抽屉；121-容器托板；13-滑轨；14-显示器；2-视觉组件；21-相机；22-补光灯；3-物料容器；31-翻边；4-高透玻璃；5-升降机构；51-升降座；52-丝杠；53-升降电机；54-电机驱动器；6-压力传感器；7-物料混合器；8-支架；81-凸起部；9-控制器。

实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1-3所示的基于图像的农作物含杂检测分析仪，其包括机座1、视觉组件2、物料容器3、高透玻璃4以及升降机构，视觉组件2与物料容器3分别位于高透玻璃4的两侧；升降机构5具有升降座51，升降座51被丝杠52推动作升降运动，丝杠52由升降电机53驱动运转；物料容器3安装在升降座51上，且物料容器3与升降座51之间设置有压力传感器6；视觉组件2、升降机构5、压力传感器6均连接控制器9，其中，控制器9通过电机驱动器54控制升降电机53转动，如图4所示。

本实施例中，机座1为箱体形式，其包括机箱本体11以及能够相对于机箱本体11打开的抽屉12，抽屉12两侧通过滑轨13与机箱本体11连接；视觉组件2、高透玻璃4以及升降机构5均安装在机箱本体11内；物料容器3安装在抽屉12内。如此，当需要装入或取出待检测物料时，可抽出抽屉12，使物料容器3位于机箱本体11之外，可方便向物料容器3内放入物料以及将物料取出物料容器3的操作。此外，如图2所示，抽屉12闭合后，整个机座1处于全密闭状态，可排除外部光线的干扰作用进行图像采集作业，得到更好的图像采集效果。此外，机箱本体11上具有倾斜面，倾斜面上安装有显示器14，显示器14优选为触摸屏，如此可方便操作以及显示数据。

优选地，物料容器3搁置在抽屉12，当升降座51带着物料容器3上升后，物料容器3脱离抽屉12，具体地，物料容器3侧壁上端具有外翻的翻边31，抽屉12两侧具有容器托板121，两个翻边分别搁置在两个容器托板121上。同时，压力传感器6安装在升降座51上，当升降座51处于最低位置时，压力传感器6与物料容器3的底部脱离，如此，抽屉12抽出或闭合过程中物料容器3不会与压力传感器6摩擦；当升降座51上升时，压力传感器6先与物料容器3的底部接触，再顶着物料容器3上升，由于物料容器3能够脱离抽屉12，抽屉不用随着物料容器3上升，可降低结构的复杂性。此外，由于物料容器3能够脱离抽屉12，要倒出物料或装料时，用户可将物料容器3取下进行倒料或装料，方便操作。

视觉组件2采集图像时，高透玻璃4与物料容器3内的被检测物料接触并对物料施加预压力，压力传感器6用于采集预压力的大小，控制器9根据压力传感器6反馈的力量大小调整升降座51的高度以使预压力满足条件。上述预压力可将蓬松物料上表面压平整并使杂物显现得更明显，如此物料与杂物处于同一焦平面，视觉组件2定焦拍照即可，更容易采集符合要求的图像；升降座51处于低位时，高透玻璃4与物料容器3内的被检测物料脱离，更方便物料卸料。

优选地，物料容器3内安装有用于搅动被检测物料的物料混合器7，物料混合器7。物料混合器7可以是振动器或搅拌器，其能够对物料容器3内的物料进行重新混合，并进行多轮检测，使得每次朝上的物料不一样，根据多次检测的结果取平均值可得到更准确的结果。

优选地，高透玻璃4通过支架8安装在机箱本体11内，支架8具有向下延伸的凸起部81，高透玻璃4固定在凸起部81的下方；视觉组件2采集图像时，凸起部81的下端伸入物料容器3内。

优选地，视觉组件2包括相机21以及补光灯22。本实施例中，补光灯22为灯带，灯带安装在凸起部81的内部侧壁上，为了防止灯带在高透玻璃4上形成反光使得采集的图像上形成光斑，灯带布局在相机21的视野轮廓线经高透玻璃4反射形成的反射线之外，如图3所示，其中，由相机延伸至高透玻璃4的双点划线为视野轮廓线，由高透玻璃4延伸至凸起部81的内部侧壁的双点划线为视野轮廓线的反射线，如此灯带发出的所有光线被高透玻璃4直接反射后均不会直接进入相机21的镜头，可避免在图像中形成光斑，且由于灯带发出的灯光较为分散，可在整个高透玻璃4的覆盖范围内实现均匀补光。上述灯带安装方法解决了背景技术中提及的所有专利中补光灯的反射光线会在相机获得的图像中形成光斑的问题。

基于图像的农作物含杂检测分析方法，其基于上述的基于图像的农作物含杂检测分析仪，并由控制器9实施，如图5所示，方法包括如下步骤：

步骤1.1），接收开始检测指令；

本步骤中，检测指令由用户通过触摸显示器14发出。

步骤1.2），控制升降机构5运转以使升降座51带着物料容器3上升；

步骤1.3），获取压力传感器6采集的压力数据，并判断压力数据是否满足预设条件，是则控制升降机构5停止运转；

步骤1.4），通过视觉组件2采集物料容器3内的被检测物料的图像；

步骤1.5），根据采集的图像进行含杂率分析，得到分析结果。

上述过程中，通过压力传感器6采集预压力的值，可保证高透玻璃4每次对物料施加的预压力一致，保证采集图像时物料的状态基本一致。

在优选实施例中，当物料容器3内安装有用于搅动被检测物料的物料混合器7时，步骤1.4）与步骤1.5）之间还包括：

步骤2.1），控制升降机构5运转以使物料容器3下降至最低位，回到步骤1.2，并记录循环次数；

步骤2.2），判断循环次数是否达到预设值，是则进入步骤1.5）。

此时，步骤1.5）中根据多次采集的图像分别进行含杂率分析，得到多个结果，最后对所有结果进行取平均数计算，得到最终分析结果作为物料的含杂率，此时得到的含杂率数据更为准确。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.基于图像的农作物含杂检测分析仪，其包括机座（1）、视觉组件（2）、物料容器（3）以及高透玻璃（4），所述视觉组件（2）与所述物料容器（3）分别位于所述高透玻璃（4）的两侧，所述视觉组件（2）连接控制器（9）；其特征在于：

还包括升降机构（5），所述升降机构（5）具有升降座（51）；所述物料容器（3）安装在所述升降座（51）上，且所述物料容器（3）与所述升降座（51）之间设置有压力传感器（6）；

所述升降机构（5）、压力传感器（6）均连接所述控制器（9）；

所述视觉组件（2）采集图像时，所述高透玻璃（4）与所述物料容器（3）内的被检测物料接触并对物料施加预压力；所述升降座（51）处于低位时，所述高透玻璃（4）与所述物料容器（3）内的被检测物料脱离；

所述机座（1）为箱体形式，其包括机箱本体（11）以及能够相对于所述机箱本体（11）打开的抽屉（12）；所述视觉组件（2）、高透玻璃（4）以及所述升降机构（5）均安装在所述机箱本体（11）内；

所述物料容器（3）安装在所述抽屉（12）内，所述抽屉（12）打开时，所述物料容器（3）位于所述机箱本体（11）之外；

所述物料容器（3）搁置在所述抽屉（12），当所述升降座（51）带着所述物料容器（3）上升后，所述物料容器（3）脱离所述抽屉（12）。

2.根据权利要求1所述的基于图像的农作物含杂检测分析仪，其特征在于，所述物料容器（3）内安装有用于搅动被检测物料的物料混合器（7）。

3.根据权利要求1-2任一项所述的基于图像的农作物含杂检测分析仪，其特征在于，所述升降座（51）被丝杠（52）推动作升降运动。

4.根据权利要求1所述的基于图像的农作物含杂检测分析仪，其特征在于，所述抽屉（12）两侧通过滑轨（13）与所述机箱本体（11）连接。

5.根据权利要求1所述的基于图像的农作物含杂检测分析仪，其特征在于，所述高透玻璃（4）通过支架（8）安装在所述机箱本体（11）内，所述支架（8）具有向下延伸的凸起部（81），所述高透玻璃（4）固定在所述凸起部（81）的下方；所述视觉组件（2）采集图像时，所述凸起部（81）的下端伸入所述物料容器（3）内。

6.根据权利要求1-2任一项所述的基于图像的农作物含杂检测分析仪，其特征在于，所述视觉组件（2）包括相机（21）以及补光灯（22）。

7.基于图像的农作物含杂检测分析方法，其基于权利要求1所述的基于图像的农作物含杂检测分析仪，并由控制器（9）实施，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1.1），接收开始检测指令；

步骤1.2），控制所述升降机构（5）运转以使所述升降座（51）带着所述物料容器（3）上升；

步骤1.3），获取所述压力传感器（6）采集的压力数据，并判断所述压力数据是否满足预设条件，是则控制所述升降机构（5）停止运转；

步骤1.4），通过所述视觉组件（2）采集所述物料容器（3）内的被检测物料的图像；

步骤1.5），根据采集的图像进行含杂率分析，得到分析结果。

8.根据权利要求7所述的基于图像的农作物含杂检测分析方法，其特征在于，所述物料容器（3）内安装有用于搅动被检测物料的物料混合器（7），步骤1.4）与步骤1.5）之间还包括：

步骤2.1），控制所述升降机构（5）运转以使所述物料容器（3）下降至最低位，回到步骤1.2），并记录循环次数；

步骤2.2），判断所述循环次数是否达到预设值，是则进入步骤1.5）。

Images