CN207103187U - 一种基于高光谱成像及电阻抗的玉米种子活力检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于高光谱成像及电阻抗的玉米种子活力检测装置，包括：储存有待测玉米种子的料盒，该料盒的底部连接有一个或多个输出单粒种子的滑槽；安装有检测板的传送带，检测板上设有接纳滑槽输出的种子的检测孔，每个检测孔内设有电极对；与电极对连接的阻抗分析仪，用于通过电极向种子施加激励电流，根据电极对间的电阻抗数据；安装在传送带上方的高光谱成像装置，用于对检测孔内的玉米种子进行实时成像；计算机，用于对电阻抗数据和高光谱数据进行综合分析，对玉米种子活力进行分级；位于传送带一端的收集容器，内设有至少两个容纳槽，用于接受不同活力等级的玉米种子。本实用新型具有无损、自动化程度高、检测快速、筛选高效等优点。

Description

一种基于高光谱成像及电阻抗的玉米种子活力检测装置

技术领域

本实用新型涉及植物种子活力检测的领域。具体涉及一种基于高光谱成像及电阻抗的玉米种子活力检测装置。

背景技术

玉米是我国第一大粮食作物，玉米种子的质量直接关系到种子企业的效益和农民的收益。在每年的种子质量纠纷中，经常遇到实验室的发芽率与田间出苗率差距甚大、室内发芽率符合标签标注值、而田间出苗率难以达标的情况，这就是种子活力造成的问题。种子活力即种子的健壮度，是种子发芽和出苗率、幼苗生长的潜势、植株抗逆能力和生产潜力的总和，是种子品质的重要指标。在播种之前对种子进行活力检测便成为必不可少的一环，对农业生产起着至关重要的作用。

种子活力测定可划分为生理测定法和生化测定法。生理测定法是测量种子发芽方面的特性和生长指标；生化测定法是测量与种子活力相关的特殊生化反应，如酶系统活性等。当前，关于玉米种子活力的传统测定方法主要有：抗冷测定法、幼苗生长测定法、加速老化试验法、电导率测定法等。上述传统的种子活力检测方法存在测量工作量大、可重复性差、测量周期长、受环境影响大、容易对种子造成损伤等缺点。

高光谱成像技术是集探测器技术、精密光学机械、微弱信号检测、计算机技术、信息处理技术于一体的综合性技术，具有波段多且宽度窄、光谱响应范围广、光谱分辨率高和“谱像合一”等特点。在紫外、可见光、近红外和中红外区域，获取数百计波段间隔非常小且光谱连续的光谱数据。光谱中的每个像元均对应一条连续的光谱，能够反映待测物的内部成分组成信息，在农业研究领域具有广阔的应用前景。

种子对光有吸收的属性，且在光束强度不同和光束密集度不同的情况下，种子的表面反射和体反射是不同的。而种子的这种光学特性是与种子内部生理指标有关的，因此可以通过高光谱成像技术，利用种子的光学特性对种子的活力进行无损检测。

另一方面，种子含水量与种子活力密切相关。当含水量高时，种子的呼吸作用加强，种子内贮藏物质的消耗加速，种子的生活力减退。有机物积累少，酶活性低，不能满足种子萌发所需的能量，导致发芽率低。另一方面，含水量过低会导致呼吸作用过弱，种子活力也会降低。因此，适宜的含水量是种子活力高低的重要指标，通过对种子含水量的测定也可以在一定程度上反映种子活力。

为了克服现存技术的缺点，本实用新型不同于传统生理测定法和生化测定法，通过高光谱成像技术和电阻抗技术的结合，对玉米种子活力信息进行多维度的获取，大大的提高了检测的准确性。对已获取光学和电学信息的样本，通过发芽实验确定单粒种子活力水平，根据现有技术中建立的建立种子光学/电学/图像信息-活力模型库。比对模型库，即可知目前玉米种子的活力水平。

本实用新型的目标是通过无损方法检测玉米种子的高光谱图像及电阻抗，结合玉米种子光谱/图像信息-活力模型和电阻抗-活力模型对玉米种子活力信息进行多维度的获取，通过一种装置实现对玉米种子活力的在线无损检测及筛选。为此目的，此实用新型提供了一种创新利用高光谱成像技术及电阻抗技术的玉米种子活力无损在线检测和筛选的装置。

实用新型内容

本实用新型公开了一种基于高光谱成像及电阻抗的玉米种子活力检测装置，实现了基于高光谱成像及电阻抗对玉米种子的种子活力进行无损在线检测，用于筛选高活力的玉米种子。本系统从根源上解决了传统种子活力检测方法存在的效率低、成本高、准确性低、会对种子造成损害等弊端。创新性的将高光谱成像技术和电阻抗技术相结合，利用玉米种子的光学特性和电学特性，多维度的获取玉米种子的活力信息。一方面为在线无损检测玉米种子活力提供了装置和方法，另一方面也大大提高了准确度。同时，本装置还可根据检测结果，通过机械装置对玉米种子进行实时的筛选。本装置具有：检测无损、自动化程度高、检测快速、筛选高效等优点。

为实现上述的实用新型目的，本实用新型所采用的具体技术方案如下：

一种基于高光谱成像及电阻抗的玉米种子活力检测装置，包括：

储存有待测玉米种子的料盒，该料盒的底部连接有一个或多个输出单粒种子的滑槽；

安装有检测板的传送带，所述检测板上设有接纳所述滑槽输出的种子的检测孔，每个检测孔内设有电极对；

与所述电极对连接的阻抗分析仪，用于通过电极向种子施加激励电流，根据电极对间的电阻抗数据；

安装在传送带上方的高光谱成像装置，用于对检测孔内的玉米种子进行实时成像；

计算机，用于对电阻抗数据和高光谱数据进行综合分析，对玉米种子活力进行分级；

位于传送带一端的收集容器，内设有至少两个容纳槽，用于接受不同活力等级的玉米种子。

本实用新型中，玉米种子通过料盒底部的滑槽使待测批次玉米种子均匀分布在传送带上，其末端与传送带的间隙较小，因此可保证传送带上的检测板每个检测孔恰好容纳一粒种子。

所述检测孔的玉米种子，通过设置实验程序对玉米种子施加多种不同的适宜激励电流I，同时检测电极间的阻抗值和相位角，自动保存并记录数据，通过对实验程序的调整，可提供不同电流、频率、波形的激励电流，满足不同场景的需要。

所述的检测板为单排结构，集成了两个或两个以上安装了电极的检测孔。孔的大小深度与玉米种子大小相对应，可恰好容纳一粒玉米种子。

作为优选的，所述的电极对为具有相同表面积且相互交错的两个电极。

作为优选的，每个电极包括与电极线连接的弧形板，两个电极的弧形板对称布置，两个弧形板上设有相对延伸且间隔交错的栅条。

作为优选的，所述的电极对为石墨材质。

本实用新型中，电极为具有基本相同表面积的两个相互交错的电极结构，为石墨材质，有利于对玉米种子阻抗信息的提取。

作为优选的，所述的高光谱成像装置包括波段范围为别在380-1023nm和874-1734nm的两套成像光谱仪。

本实用新型中，高光谱成像仪包括：两套成像光谱仪(380-1023nm和874-1734nm)、CCD相机，XNP 1.4/17(380-1023nm)和OLES15(874-1734nm)的成像镜头，Fiber-Lite DC950线光源及暗箱。380-1023nm的光谱分辨率为2.8nm，874-1734nm的光谱分辨率为5nm。镜头高度、光源、传送带运动速度均可调整设计，计算机通过对曝光时间、光源强度、像素采集的帧数、分辨率的调整，可在不同高度对不同运动速度的玉米种子进行高光谱成像，满足不同场景的需要。其中，高光谱成像数据处理包括数据预处理、特征提取和模型比对。

进一步的，传送带表面为黑色不反光材质，可以不同恒定速度运动。

作为优选的，所述的检测板为长方体，若干个检测板依次拼接固定在所述传送带上。

本实用新型中，传送带上安装了多排检测板，采用模块化设计，可进行拆卸，针对不同大小种子可选择不同尺寸的检测板，具有较高的普适性。

所述计算机内置有可编辑的实验程序。由于不同环境对数据干扰较大，本模块可对高光谱数据和电阻抗数据进行归一化处理等预处理。通过主成分分析、支持向量机等多种不同算法对数据进行分析。最后结合玉米种子光谱-活力和电阻抗-活力模型对种子活力信息进行获取，并进行分级与标记。

作为优选的，所述传送带上设有垂直输送方向的导轨，检测板的滑动配合在所述的导轨上。所述的检测板受控于计算机，根据玉米种子的活力分级进行横向移动，控制玉米种子落入对应的容纳槽内。

所述检测板可在垂直传送带运动方向进行移动，通过接收到的分级信号进行相应移动，使不同活力等级玉米种子掉落在传送带尾端收集容器内不同的容纳槽内，实现高效的在线筛选。

附图说明

图1为基于高光谱成像及电阻抗的玉米种子活力在线检测的装置；

图2为高光谱成像仪侧面图；

图3为一个检测单元的电极结构；

图4为玉米种子活力检测及筛选方法流程图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图来详细说明本实用新型，但本实用新型并不仅限于此。

如图1所示的基于电阻抗的玉米种子活力检测的装置包括：计算机1，阻抗分析仪2，高光谱成像室3，料盒4，传送带5，收集容器6和检测板7。其中，高光谱成像室3包括CCD相机8，两套成像光谱仪(380-1023nm和874-1734nm)9，XNP 1.4/17(380-1023nm)和OLES15(874-1734nm)的成像镜头10，Fiber-Lite DC950线光源11及暗箱。380-1023nm的光谱分辨率为2.8nm，874-1734nm的光谱分辨率为5nm。

料盒5内储存有待测玉米种子，该料盒5的底部连接有可输出单粒种子的滑槽12，滑槽12的尺寸与单子单粒的大小相适应，内部恰好可供单排种子通过。

检测板7滑动安装在检测板5上的导轨上，检测板7上设有接纳滑槽12输出的种子的检测孔13，每个检测孔13内设有电极对。电极对的结构如图2所示，电极对为具有相同表面积且相互交错的两个电极，每个电极包括与电极线15连接的弧形板16，两个电极的弧形板16对称布置，两个弧形板16上设有相对延伸且间隔交错的栅条17。本实施例中的电极对为石墨材质。

如图3所示，阻抗分析仪1通过电极线15与检测孔13内的电极对连接，通过电极向种子施加激励电流，根据电极对间的阻抗值和相位角检测种子活力并分级。

收集容器7位于传送带一端的尾端，内设有至少两个容纳槽，用于接受不同活力等级的玉米种子。

检测板5上设有垂直输送方向的导轨14，检测板7的滑动配合在的导轨14上。该检测板7受控于计算机1，根据玉米种子的活力分级进行横向移动，控制玉米种子落入收集容器6中对应的容纳槽内。

将待测批次玉米种子放入料盒4中，种子通过料盒4的滑槽进入传送带。由于滑槽的尺寸只能容纳一粒正常大小的玉米种子，且其末端与传送带5的间隙较小，因此可保证传送带5上的检测板7每个检测孔恰好容纳一粒种子。计算机1随即控制阻抗分析仪2对玉米种子施加多种不同的适宜激励电流，同时检测电极间的阻抗值和相位角，计算机1自动保存并记录数据。计算机1对电阻抗数据分析后，对相应玉米种子进行初步分级与标记。玉米种子随传送带5以设置好的恒定速度进入高光谱成像室3，Fiber-Lite DC950线光源11提供适宜光源，两套成像光谱仪9和CCD相机8对玉米种子进行高光谱成像。由于传送带5一直在以恒定速度移动，成像数据不断的被采集，并保存在计算机1中。计算机1实时对成像数据进行预处理、特征分析、模型比对等分析，再结合电阻抗数据分析结果对玉米种子活力进行二次分级与标记。检测板7根据接收到的标记信号在垂直传送带运动方向移动。即可使容纳了高活力种子的检测板7向上方移动，低活力的向下移动。种子在传送带5末端即可掉落在含有多个容纳槽的收集容器6内，实现对不同种子活力的玉米种子的在线检测与筛选。

如图4所示，本实施例的检测方法包括以下步骤：

1)以待测批次玉米种子为样本，利用料盒使种子均匀分布在传送带5上，每个检测孔13容纳一颗种子；

2)检测孔13内的电极与阻抗测试仪2相连接，计算机1控制阻抗测试仪2对玉米种子施加多种不同的适宜的激励电流，同时检测电极间的阻抗值和相位角。计算机1自动记录数据并对采集到的数据进行实时在线分析，对相应的玉米种子活力进行初步评价与分级；

3)玉米种子随传送带5以恒定速度进入高光谱成像室3，高光谱成像仪通过实验程序对玉米种子进行实时成像，成像数据自动存入计算机1并进行在线的数据分析；

4)计算机1综合电阻抗数据及高光谱成像数据的分析结果，对玉米种子活力进行二次评价与分级，并对不同活力等级的玉米种子进行标记，控制传送带5上的检测板7在垂直传送带运动方向进行相应移动；

5)种子在传送带5末端掉落入不同的容纳槽，检测板7复位；

6)重复1)-5)步骤，即可实现对玉米种子的种子活力进行在线检测与筛选。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施举例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于高光谱成像及电阻抗的玉米种子活力检测装置，其特征在于，包括：

储存有待测玉米种子的料盒，该料盒的底部连接有一个或多个输出单粒种子的滑槽；

安装有检测板的传送带，所述检测板上设有接纳所述滑槽输出的种子的检测孔，每个检测孔内设有电极对；

与所述电极对连接的阻抗分析仪，用于通过电极向种子施加激励电流，根据电极对间的电阻抗数据；

安装在传送带上方的高光谱成像装置，用于对检测孔内的玉米种子进行实时成像；

计算机，用于对电阻抗数据和高光谱数据进行综合分析，对玉米种子活力进行分级；

位于传送带一端的收集容器，内设有至少两个容纳槽，用于接受不同活力等级的玉米种子。

2.如权利要求1所述的基于高光谱成像及电阻抗的玉米种子活力检测装置，其特征在于，所述的电极对为具有相同表面积且相互交错的两个电极。

3.如权利要求2所述的基于高光谱成像及电阻抗的玉米种子活力检测装置，其特征在于，每个电极包括与电极线连接的弧形板，两个电极的弧形板对称布置，两个弧形板上设有相对延伸且间隔交错的栅条。

4.如权利要求3所述的基于高光谱成像及电阻抗的玉米种子活力检测装置，其特征在于，所述的电极对为石墨材质。

5.如权利要求1所述的基于高光谱成像及电阻抗的玉米种子活力检测装置，其特征在于，所述的高光谱成像装置包括波段范围为别在380-1023nm和874-1734nm的两套成像光谱仪。

6.如权利要求5所述的基于高光谱成像及电阻抗的玉米种子活力检测装置，其特征在于，所述传送带和检测板的表面为黑色不反光材质。

7.如权利要求1所述的基于高光谱成像及电阻抗的玉米种子活力检测装置，其特征在于，所述的检测板为长方体，若干个检测板依次拼接在所述传送带上。

8.如权利要求7所述的基于高光谱成像及电阻抗的玉米种子活力检测装置，其特征在于，所述传送带上设有垂直输送方向的导轨，检测板的滑动配合在所述的导轨上。

9.如权利要求8所述的基于高光谱成像及电阻抗的玉米种子活力检测装置，其特征在于，所述的检测板受控于计算机，根据玉米种子的活力分级进行横向移动，控制玉米种子落入对应的容纳槽内。