基于机器视觉的谷物与豆类千粒重及含水量检测系统的制作方法

本发明涉及农业谷物与豆类考种的技术领域，具体的说是一种基于机器视觉的谷物与豆类千粒重及含水量检测系统。

背景技术：

根据《gb/t5519-2008谷物与豆类千粒重的测定要求》，千粒重＝(1000xm0)/n,m0是试样质量，n是试样的粒数。

千粒重是衡量谷物与豆类饱满程度的关键指标和预测田间产量的重要依据，这个指标对于中国这个需要用世界7%的土地来养育世界22%人口的国家来说，其重要性不言而喻。

然而现今中国乡下大部分采用的考种方式还是人工计数并采用杠杆天平进行称重的这种原始而又不高效的方式；也有较多采用光电管统计种子数目的方式，这种方式对于不一样的半径大小种子需要使用不一样的零件，且当种子出现重叠粘连现象或交叉现象时计数极易出现误差，不仅操作繁琐，成本较高，而且精度也低。

随着机器视觉和图像处理技术的不断发展，越来越多的人们开始研究利用机器视觉进行考种的方式，这种方式不需要根据种子的不同更改仪器上的设备，而且编译好程序后，只需要相机拍摄图像就能进行计数，大大减小能量消耗。然而对于谷物与豆类这种尺寸较小且轮廓不均匀的对象来说，最艰难的任务莫过于如何解决种子粘连、堆叠的问题。

考虑到现今社会上存在的贩卖陈旧、发霉谷物的社会问题，农业上对于谷物含水量检测的需求也越来越强烈，根据西北农林科技大学学者对基于千粒重的谷物含水量的研究，在其所测的样品数据中，谷物的含水量和千粒重都具有明显的线性关系，由线性回归处理后得到的相关系数达到了较高的水平，比如某一玉米样品中，相关系数达到0.975748，具有良好的线性特征。说明二者之间可以通过函数关系进行换算，在得到谷物千粒重的同时可计算该类谷物的含水量。

技术实现要素：

为解决上述现有技术存在的问题，本发明针对传统散料板易使谷物粘连、堆叠而造成的计数难点以及农业上对于谷物含水量检测的需求等问题，提供了一种精准可靠、结构简洁，并且可有效减少种子粘连、堆叠，减小后期图像处理难度的基于机器视觉的谷物与豆类千粒重及含水量检测系统。

本发明至少包括ccd相机机构、风琴式可伸缩散料板机构、条形光源机构、精密电子天平、机箱、上位机模块和条码打印机模块。

在机箱内放置有所述风琴式可伸缩散料板机构、所述条形光源机构、所述精密电子天平机构，其中所述精密电子天平位于所述风琴式可伸缩散料板机构正下方，用于对谷物与豆类进行称重；

所述机箱壳体正面放置一显示屏，用于显示电子天平中的示数；

所述机箱壳体右面开一窗口，用于所述风琴式可伸缩散料板机构的伸缩调节；

所述机箱壳体后面开一窗口，用于所述风琴式可伸缩散料板机构、所述条形光源机构、所述精密电子天平的电源线和通讯连接线的引出；

所述机箱壳体上方开一窗口，用于所述ccd相机机构采集所述风琴式可伸缩散料板上谷物的图像；

所述上位机模块用于所述ccd相机机构采集的图像的计数处理、千粒重和含水量计算以及给条码打印机模块发送命令打印带有信息的条码；

所述条码打印机模块用于打印包含种子粒数、重量、千粒重、含水量的信息；

所述风琴式可伸缩散料板机构包括可伸缩散料板、滑轨、滑块、丝杠；可伸缩散料板与所述滑块相连接，所述滑块中央设有一通孔，所述丝杠与所述通孔相配合，转动丝杆使得滑块能够沿滑轨移动，从而使所述可伸缩散料板做拉伸运动。

进一步说，所述ccd相机机构位于所述机箱的正上方，所述ccd相机机构通过支撑杆与所述机箱连接；所述的ccd相机机构由工业ccd相机、相机夹、连接块、紧固旋钮、上下微调旋钮、前后微调旋钮组成；所述工业ccd相机通过所述紧固旋钮固定在相机夹上，所述连接块与所述相机夹相连接，所述连接块上设有通孔，通过紧固螺丝将所述连接块上的通孔与支撑杆相配合；所述连接块上设有螺纹孔，所述连接块通过螺纹孔与所述上下微调旋钮和前后微调旋钮相配合，可调节所述ccd相机的高度以及前后位置。

进一步说，所述可伸缩散料板以pvc硬板材料为龙骨支撑，外层为透光性材料，所述龙骨与所述外层材料通过热合连接。

进一步说，所述风琴式可伸缩散料板机构中丝杆的转动由手摇手柄或电动手柄带动。

进一步说，所述条形光源机构包括两个条形光源，在所述条形光源两个侧面分别有四个螺纹孔，通过紧固螺丝将所述条形光源固定于所述机箱的壳体上方，所述条形光源的照向所述风琴式可伸缩散料板机构。

进一步说，所述机箱壳体上方窗口处配合有两块挡板以防止种子滑落。

进一步说，所述精密电子天平配置有标准rs232数据输出接口，与所述上位机模块和所述条码打印机模块相连接。

进一步说，所述上位机模块对所述ccd相机所采集的图像中的谷物或豆类进行计数，数目计为n，所述上位机模块通过rs232串口通信得到所述精密电子天平的示数，计为m，其单位为克，所述上位机模块的千粒重计算公式为：千粒重=(1000×m)/n。谷物与豆类千粒重和含水量通过函数关系进行换算，在得到谷物与豆类千粒重的同时可计算该类谷物与豆类的含水量。

本发明外形简洁、通用性强，且针对传统散料板易使谷物粘连、堆叠而造成的计数难点以及农业上对于谷物含水量检测的需求等问题，提出了一种可伸缩散料板机构以及基于千粒重的谷物含水量计算方法，本发明可有效减少种子粘连、堆叠以及减小后期图像处理难度，为一种高效的基于机器视觉的谷物与豆类千粒重及含水量检测系统。

附图说明

图1是本发明的一个方向立体结构图；

图2是本发明的主视图；

图3是本发明的左视图；

图4是本发明的俯视图；

图5是本发明机箱内的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步描述。

如图1所示，本发明包括：ccd相机机构100、可伸缩散料板机构200、条形光源机构300、精密电子天平400、支撑杆500、机箱600、上位机模块700和条码打印机模块800。

所述ccd相机机构100位于所述机箱600的正上方，所述ccd相机机构通过所述支撑杆500与所述机箱600连接，所述机箱600内放置有所述可伸缩散料板机构200、所述条形光源机构300和所述精密电子天平400，其中所述可伸缩散料板机构200位于所述精密电子天平400正上方，两个所述条形光源机构300位于所述可伸缩散料板机构200的侧方。

如图2、3、4所示，所述的ccd相机机构100由工业ccd相机101、相机夹102、连接块103、紧固旋钮104、上下微调旋钮105、前后微调旋钮106组成。所述工业ccd相机101通过所述紧固旋钮104固定在相机夹102上，所述连接块103与所述相机夹102相连接，所述连接块103上设有通孔，通过所述紧固螺丝104将所述连接块103上的通孔与所述支撑杆500相配合；所述连接块103上设有螺纹孔，所述连接块103通过螺纹孔与所述上下微调旋钮105和前后微调旋钮106相配合，可调节所述ccd相机101的高度以及前后位置。

如图2、3、4、5所示，所述可伸缩散料板机构200由风琴式可伸缩散料板201、底板202、滑轨203、滑块204、丝杠205、手摇手柄206组成。所述风琴式可伸缩散料板201以pvc硬板材料为龙骨支撑，外层为良好透光性材料，所述龙骨与所述外层材料通过热合连接，可通过拉伸改变所述风琴式可伸缩散料板槽宽间隔。所述风琴式可伸缩散料板201与所述滑块204相连接，所述滑块204中央设有一通孔，所述丝杠205与所述通孔相配合，所述丝杠205与所述滑块204、所述滑轨203相配合，所述手摇手柄206与所述丝杠205、所述滑块204相连接，转动所述手摇手柄206可使所述丝杠205转动，从而使所述风琴式可伸缩散料板201做前后拉伸运动。根据待测种子尺寸调节所述风琴式可伸缩散料板201槽宽间隔使种子规则排列。

所述条形光源机构300由2个条形光源301和8个紧固螺丝302组成。所述条形光源301两个侧面分别有4个m3螺纹孔，通过m3紧固螺丝302将所述条形光源301固定于所述机箱600的壳体上方，所述条形光源301的照射方向均为所述可伸缩散料板机构200。

所述精密电子天平400放置在所述可伸缩散料板机构200的下方，用于对种子进行称重。所述精密电子天平400配置有标准rs232数据输出接口，可与所述上位机模块700和所述条码打印机模块800相连接。

所述机箱600内放置有所述可伸缩散料板机构200、所述条形光源机构300、所述精密电子天平400，其中所述机箱600壳体正面放置一显示屏601，用于显示电子天平中的示数；所述机箱600壳体右面开一窗口602，用于所述可伸缩散料板机构的伸缩调节；所述机箱壳体后面开一窗口，用于所述可伸缩散料板机构200、所述条形光源机构300、所述精密电子天平400的电源线和通讯连接线的引出；所述机箱600壳体上方开一窗口603，用于所述ccd相机101采集所述风琴式可伸缩散料板201上谷物的图像。所述机箱壳体上方窗口处配合有两块挡板604以防止种子滑落。

所述上位机模块700用于所述ccd相机机构100所采集的图像的计数处理、千粒重和含水量计算以及给条码打印机模块800发送命令打印带有信息的条码。所述上位机模块700对所述ccd相机101所采集的图像进行计数，其个数计为n；所述上位机模块700通过rs232串口通信得到所述精密电子天平400的示数，计为m，其单位为克(g)，所述上位机模块700的千粒重计算公式为：千粒重(g)=(1000×m)/n；所述上位机模块700根据事先标定的同类谷物千粒重与含水量的对应关系式，可由所述千粒重值计算得到谷物含水量。

所述条码打印机模块800用于打印种子粒数、重量、千粒重值、含水量等信息。

本装置开始工作时，首先将精密电子天平400归零，将待测种子散落于可伸缩散料板机构201上，根据种子尺寸转动手摇手柄206自定义拉伸调节风琴式可伸缩散料板201槽宽使种子规则排列且不至于堆叠，开启光源301通过ccd相机101采集图像后发送至上位机模块700进行图像处理且计数；与此同时，通过精密电子天平400进行称重，待数据稳定后将重量数据通过rs232通讯线传送至上位机模块700，进行待测谷物与豆类的千粒重计算。并可事先通过水分仪标定不同品种谷物与豆类的含水量，通过matlab等软件得到其与千粒重之间的函数关系式，即可通过已得的千粒重值计算得到待测谷物与豆类的含水量。