CN1308888C - 谷物图像三通道动态采集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种谷物图像三通道动态采集方法，将三台播种机按垂直于传送带运动方向排列放置在传送带上方，机种箱内的种子同时落在水平匀速运动的传送带上；三台黑白摄像头分别实时采集传送带上运动的种子图像，将视频信号作为彩色图像卡的红色、绿色、蓝色分量输入三分量视频信号独立采集的彩色图像卡中，并存储在同一帧彩色图像中；分析每一帧彩色图像中红色、绿色、蓝色三种颜色颗粒的位置信息，分别得到落在传送带上的三行种子粒距信息。本发明实现了三个摄像头的图像信息能并行地输入计算机，解决了播种机的动态多通道播、排种的种子位置信息采集问题，其采集精度高，实时性好，对软件技术要求不高，硬件成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种播种机检测方法，尤其是一种多通道动态采集检测方法，属于农业技术领域。
背景技术
目前精密播种机、谷物条播机、穴播机等农业播种设备在农业生产中已经大量使用，而大多数的实验检测设备只能做播种设备中的排种器的性能试验，而单一的排种器试验不利于反映组成整机后的整体性能关系。排种器对于整机只是其中的一个部件，而本身又是一个产品，针对排种器进行试验，可以反映其性能状况，但就整机而言，由于不具备排种器与其它机构的装配关系，使其结构对排种性能的影响因素不能消除，因而不能如实反映播种机整机的性能状况。而另一类是对播种机整机性能进行试验的实验台，又不能进行排种器和播种单体的试验。
在用光电效应法、压电效应法测量播种均匀度时，通过记录两粒种子落下的时间间隔和地轮前进的速度来计算种子的间距，提高了测量准确性，但这两种方法均属于间接检测，不能有效地反映播种的实际情况。
目前国内外的动态实时检测中基本以单通道信息采集为主，单一摄像机工作，工作效率显然低，不符合目前的国家检测标准。根据GB6973-86、GB9478-88标准，检测试验台应该能够在0.5～3m/s范围内，以不同速度运行时，对三台播种机同时实施检测。每个播种口播种250粒，其粒间距分别为30～250mm不等，实现多个种子间距的测量，给出精密播种机的合格指数、重播指数、漏播指数等性能指标。而目前使用的单一摄像机工作，工作效率非常低，不符合目前的国家检测标准，而亟待加以进一步改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种谷物图像三通道动态采集方法，解决了精密播种机、谷物条播机、穴播机及播种单体、排种器的多通道播、排种的种子播种数据采集问题，实现了三个摄像头的图像信息同时并行地输入计算机。
本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：
一种谷物图像三通道动态采集方法方法，它包括以下步骤：将三台播种机按垂直于传送带运动方向排列放置在传送带上方，将传送带上涂润滑油；三台播种机种箱内的种子经排种器、排种管同时落在水平匀速运动的传送带上；三台黑白摄像头分别实时采集传送带上运动的种子图像；将三台黑白摄像头采集的独立视频信号作为彩色图像卡的红色R、绿色G、蓝色B分量输入RGB三分量视频信号独立采集的彩色图像卡，存储在同一帧24位BMP文件格式的彩色图像中；分析每一帧彩色图像中红色R、绿色G、蓝色B三种颜色颗粒的位置信息，分别得到落在传送带上的三行种子粒距信息。
本发明使用计算机视觉技术采集播种后种子的序列图像，分析种子的运动规律，检测落在传送带上的种子粒距，进而检测播种精度、种子分布情况、及相关播种机理等，视觉环境中光照系统的构建方法，双列交叉空间光视场的建立，有效的解决了动态检测中，照明系统环境与摄像机图像采集的一致性问题，实现了三个摄像头的图像信息能并行地输入计算机，解决了精密播种机、谷物条播机、穴播机及播种单体、排种器的多通道播、排种的种子采集问题，其动态多通道采集方案简单，采集精度高，实时性好，对软件技术要求不很高，硬件成本低。
附图说明
图1为本发明的图像三分量独立采集系统组成示意图；
图2为本发明的图像三分量独立采集方法示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进一步说明：
一种谷物图像三通道动态采集方法，它包括以下步骤：播种机或排种器安装在橡胶带上方，在调速电机拖动下，橡胶带相对播种机做水平运动。试验时，种箱内的种子经排种器、排种管落在胶带上。胶带上涂有润滑油，用来将种子粘住，使种子与胶带不发生相对位移。胶带在通过测量系统的三个摄像头时，实时采集视场内的图像，对图像进行处理和分析，从而实现对种子粒距的测量。系统程序同时对胶带速度、排种器转速等实施协调控制。检测试验台在0.5～3m/s范围内，以不同速度运行时，实现三台播种机同时检测。
三个摄像头的图像信息需要并行地输入计算机，以实现利用计算机视觉技术处理播种后种子的序列图像。
光照环境对图像采集的质量有非常重要的影响，特别是在快速实时检测中，照明必须与摄像机快门配合并且可调节。大量试验表明，动态采集时光照对采集图像的影响有以下方面：照明亮度与快门不协调时，图像质量将显著下降。如果场景的亮度过低，快门速度低时，图像整体曝光不足，不能很好地反应所拍场景的细节特征。如果场景的亮度合适，选择的快门不合适，则图像中的种子将产生形状畸变。视场内亮度不一致，影响动态检测相邻图像的拼接精度等。
根据以上分析，本发明选用电子快门为1/4000s，选白炽灯作为光源，因为白炽灯具有较大的热惯性，在高频率范围内，当电压变化时，由于热惯性，白炽灯的照明强度基本不发生变化。所以周期性的频闪可以忽略掉。
本发明采用了摄像机与灯光在安装高度上分层布置的结构方式，摄像机取像平面与种子播入的胶带平面尺寸距离为：950±50mm。采用光视场平行光束与垂直光束交叉结合的空间布光方案，由两列相距800mm的横向光源构成，每列光源由相距60mm的15只220V、100W白炽灯组成，一列平行于胶带设置，一列垂直向上设置，组成了双列交叉空间光视场。经过大量试验表明，该照明环境的优点是：增加了照明强度，照明均匀分布，消除了种子阴影，满足图像采集、分割对环境的要求。
如图1所示，为本发明的图像三分量独立采集系统组成示意图，本发明选用一块支持RGB三分量视频信号独立采集的彩色图像卡，将三个同步的黑白独立视频源作为图像卡的三个标准R、G、B分量输入，由一台一分四视频分配器做归一化处理，形成三个同步的视频信号输出，以24位方式BMP文件格式进行数据存储。
视频分配器起到一个信号复制的作用，可以把一个输入信号分成几个相同的信号输出，可以将一路视频信号分成几路视频信号。对于三个摄像头，可以通过视频分配器将其中一个摄像头的输出信号分成两路作为另外两个摄像头的外同步输入，这样可以达到将三个摄像头同步的目的。所谓同步，在本发明中是指三台摄像头采集的起始时间，采集一帧图像所用的时间都相等。本发明中，将摄像头A的输出连接到视频分配器的输入，然后将视频分配器的输出1，2分别接到摄像头B，C的外同步端，这样三个摄像头就可以同步工作。摄像头A的输出信号，由视频分配器的输出3连接输入到彩色图像卡，作为红色R分量输入；摄像头B的输出信号，直接连接到彩色图像卡，作为绿色G分量输入；摄像头C的输出信号，直接连接到彩色图像卡，作为蓝色B分量输入。从而最终达到三台摄像头同步工作的目的。
如图2所示，为本发明的图像三分量独立采集方法示意图，当进行图像采集时，摄像头A、B、C分别完成对应播行的信息采集，由于采用了彩色图像卡与三个黑白摄像头的组合采集方式，同时采集的三帧黑白图像信息存储在一帧彩色图像中，彩色图像的RGB分量信息分别为摄像头A、B、C采集的图像信息。这样要对播行A的排种器进行性能检测就提取彩色图像的R分量进行处理，其他播行采集方法类推。从而解决了三路视频同时采集时的实时性问题，保证了能够获取三个播种单体工作情况的完整信息。
在存储时，第一路视频的第一帧的第一个像素(8bit)、第二路视频的第一帧的第一个像素(8bit)和第三路视频的第一帧的第一个像素(8bit)存储在一起形成第一个24bit的存储单元；第一路视频的第一帧的第二个像素(8bit)、第二路视频的第一帧的第二个像素(8bit)和第三路视频的第一帧的第二个像素(8bit)存储在一起形成第二个24bit的存储单元......，以此类推，则形成一个类似于24位的彩色图像的采集及存储过程，将三路黑白视频摄取并保存下来。
在存储结束后，需要对图像数据进行分析处理时，再根据相同的存储顺序，将第一个24bit的存储单元内的数据分离为第一路视频的第一帧的第一个像素(8bit)、第二路视频的第一帧的第一个像素(8bit)和第三路视频的第一帧的第一个像素(8bit)的数据；将第二个24bit的存储单元内的数据分离为第一路视频的第一帧的第二个像素(8bit)、第二路视频的第一帧的第二个像素(8bit)和第三路视频的第一帧的第二个像素(8bit)的数据。最终将整个存储下来的数据还原为三路独立视频的数据，从而对三个播种单体的播种情况逐一进行分析。这样就解决了三路视频同时采集时的速度问题，保证了能够获取三个播种单体工作情况的完整信息。
本发明已经在播种机性能检测实验台中，并进行了大量应用实验，符合GB/T6973-1986，GB/T9478-1988标准。整机检测误差≤±2mm。实验结果如表1及表2。
表1：种子粒距检测结果及误差对比
| 序号 | 人工检测结果(mm) | 系统检测结果1(mm) | 绝对误差(mm) | 系统检测结果2(mm) | 绝对误差(mm) | 相对误差(％) |
| 1 | 26.90 | 27.07 | -0.17 | 27.07 | -0.17 | 0 |
| 2 | 91.00 | 90.352 | 0.65 | 90.352 | 0.65 | 0 |
| 3 | 120.90 | 120.586 | 0.31 | 120.938 | -0.04 | 34 |
| 4 | 7.50 | 6.68 | 0.82 | 7.031 | 0.47 | 35 |
| 5 | 124.80 | 124.102 | 0.70 | 124.102 | 0.70 | 0 |
| 6 | 115.50 | 115.313 | 0.19 | 115.313 | 0.19 | 0 |
| 7 | 73.00 | 73.477 | -0.48 | 73.125 | -0.13 | 35 |
| 8 | 54.80 | 53.789 | 0.86 | 54.141 | 0.66 | 20 |
| 9 | 45.50 | 45.352 | 0.15 | 45.352 | 0.15 | 0 |
| 10 | 90.50 | 90.352 | 0.15 | 90 | 0.50 | 35 |
表2 精播测量精度对比试验统计表
| 播种机性能测定结果对比 | 人工测量 | 试验台测量 | |||
| 测定次数 | 0.5m/s | 2.0m/s | 3.0m/s | ||
| 粒距合格指数(％) | 90.34 | 123 | 88.6588.8988.77 | 89.0488.8989.04 | 88.5188.6589.01 |
| 重播指数(％) | 4.97 | 123 | 5.155.165.15 | 5.025.165.02 | 5.285.155.10 |
| 漏播指数(％) | 4.70 | 123 | 6.606.356.47 | 6.346.356.34 | 6.616.606.35 |
| 合格粒距变异系数(％) | 15.55 | 123 | 15.6015.6815.52 | 15.6415.5815.71 | 15.6415.3515.31 |
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (4)
1、一种谷物图像三通道动态采集方法，其特征在于，它包括以下步骤：
步骤一、将三台播种机按垂直于传送带运动方向排列放置在传送带上方；
步骤二、三台播种机种箱内的种子经排种器、排种管同时落在水平匀速运动的传送带上；
步骤三、三台黑白摄像头分别实时采集传送带上运动的种子图像；
步骤四、将三台黑白摄像头采集的独立视频信号作为彩色图像卡的红色R、绿色G、蓝色B分量输入RGB三分量视频信号独立采集的彩色图像卡，存储在同一帧彩色图像中；
步骤五、分析每一帧彩色图像中红色R、绿色G、蓝色B三种颜色颗粒的位置信息，分别得到落在传送带上的三行种子粒距信息。
2、根据权利要求1所述的谷物图像三通道动态采集方法，其特征在于：所述的步骤一还包括将传送带上涂润滑油。
3、根据权利要求1所述的谷物图像三通道动态采集方法，其特征在于：所述的步骤四中还包括使用视频分配器使三台黑白摄像头的信号采集同步。
4、根据权利要求1～3任一所述的谷物图像三通道动态采集方法，其特征在于：所述的步骤四中彩色图像卡将采集的信息存储为24位BMP文件格式。
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| CN1588427A CN1588427A (zh) | 2005-03-02 |
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| CN1405717A (zh) * | 2002-11-13 | 2003-03-26 | 中国农业大学 | 种子粒距检测中序列图像拼接方法 |
| CN1506911A (zh) * | 2002-12-06 | 2004-06-23 | �й���ѧԺ�Զ����о��� | 三维图像采集系统 |
| EP1430761A1 (fr) * | 2002-12-16 | 2004-06-23 | Kuhn-Nodet S.A. | Mécanisme de dosage pour un semoir pouvant distribuer plusieurs produits simultanément |
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