专利名称：基于机器视觉的玉米果穗性状参数自动检测装置的制作方法
技术领域：
本发 明涉及玉米考种技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的玉米果穗性状参数 自动检测装置。
背景技术：
目前玉米考种一般采用人工测量的方法，获取考种所需的果穗性状参数果穗长 度、穗粗、秃顶长度、每行粒数、每穗粒数、穗重、秃顶率、出籽率、粒色。人工测量和目测，存 在着速度慢、强度大、主观性强、误差大、适时性差费时费力常出错等缺陷，且一些特征还难 以定量描述。目前国内外还不存在玉米考种的自动装置。在相关文献中，较多研究基于图像处理技术，用图像的方式记录获取玉米的形态 特征，对玉米的籽粒、幼苗、成株等不同时期进行考察。杨锦忠等人在两篇文献对玉米果穗 的若干性状进行了初步的探讨和研究，其搭建的实验平台是800X630X660mm灯箱或者摄 影棚，箱内表面贴双层黑布，安置四个卤素灯(12V、51W)，两个在上方，两个前向照明，将单 果穗垂直悬挂于箱中央，绕穗中心轴依次旋转120度拍照，测量穗行数时，利用穗横断面外 部轮廓，如图l(a)、l(b)所示。基于上述装置，利用采集到的图像主要考察的玉米果穗特征 有穗长、穗粗、穗型、穗顶色、穗轴色、穗行数、籽粒的排列形式、侧面积，穗周长，等圆直径， 长轴长，短轴长等。这类装置仅完成图像采集，且采集图像时采用线悬挂的方法，不便进行 旋转控制，借助其他软件进行参数提取，考察的玉米果穗性状参数相对较少，无法满足考种 需要；该实验平台采集图像时，要在暗室中才能完成，外部条件要求较高，图像的处理部分 要在计算机中借助其他软件才能完成，不便于自动获取；穗行数的获取需要利用穗横断面， 需要破坏穗的完整性获取穗的横断面，费时费力；且只可以获取果穗的三个侧面图像，无法 获取果穗的重量参数。
发明内容
(一)技术问题本发明要解决的一个技术问题是提供一种集图像采集、处理、显示于一体，且可 以称重的玉米果穗性状检测装置。本发明要解决的另一个技术问题是增加玉米果穗性状检测装置可测量参数。本发明要解决的再一个技术问题是提高玉米果穗性状检测装置的测量效率、精度。( 二)技术方案为达到所述目的，本发明提供了一种基于机器视觉的玉米果穗性状参数自动检测 装置，该装置包括图像采集模块，用于在接收到图像采集信号后采集待测玉米果穗旋转一 周的每一行籽粒的图像，并将采集到的图像实时传送至控制处理模块；旋转称重模块，在接 收到称重信号后测量待测玉米果穗的重量，在接收到旋转信号后带动待测玉米果穗旋转， 并在开始旋转时向控制处理模块发送已旋转信号；控制处理模块，用于向所述旋转称重模块发送旋转信号以及称重信号，在接收到所述旋转称重模块发送的已旋转信号的同时，向所述图像采集模块发送图像采集信号，并对所述图像采集模块传送的图像进行处理，获得 待测玉米果穗性状参数并实时显示。其中，所述旋转称重模块包括圆台，用于固定所述待测玉米果穗；升降台，在第 一驱动电机驱动下升降，所述第一驱动电机与所述控制处理模块相连并接收所述控制处理 模块发送的称重信号；压力传感器，设置在所述升降台上方第一设定位置处，与所述圆台连 接，由所述升降台顶起至第二设定位置，并随所述升降台的下落而下落至所述第一设定位 置，从而带动所述圆台的上升及下落，上升至所述第二设定位置处时将压力信号传送至所 述控制处理模块；旋转台，用于在所述圆台处于所述第一设定位置时在第二驱动电机的驱 动下带动所述圆台旋转，所述第二驱动电机与所述控制处理模块相连并接收所述控制处理 模块发送的旋转信号。其中，所述旋转台下表面设置有涡轮，所述涡轮通过蜗杆与所述第二驱动电机相 连，在所述第二驱动电机驱动下，带动所述旋转台旋转。其中，所述旋转台与所述圆台接触剖面呈倒梯形。其中，所述圆台上设置有用于插入固定待测玉米果穗的顶针。其中，所述圆台通过了连接杆与所述压力传感器固定连接。其中，所述图像采集模块包括线阵相机(XD，与所述控制处理模块相连；支架，用 于固定所述线阵相机CCD。(三)有益效果本发明的装置集成了线阵CCD相机、控制处理模块、旋转称重模块，控制采集模块 达到同步，便于精确控制旋转的角度，以便得到清晰的图像；采集结束后，控制处理模块将 采集的图像进行实时处理，提取的果穗性状参数实时显示，便于观察；旋转称重模块内嵌压 力传感器，实现了果穗重量参数的测量。
图1 (a)为利用现有技术的装置进行玉米果穗性状参数测量时采集到的玉米果穗 横断面；图1 (b)为利用现有技术的装置进行玉米果穗性状参数测量时的籽粒行计数示意 图；图2为依照本发明一种实施方式的基于机器视觉的玉米果穗性状参数自动检测 装置结构示意图；图3为依照本发明一种实施方式的基于机器视觉的玉米果穗性状参数自动检测 装置中旋转称重模块剖面示意图；图4为依照本发明一种实施方式的基于机器视觉的玉米果穗性状参数自动检测 装置工作原理示意图；图5为使用发明装置对采集的图像进行处理的结果示意图。
具体实施例方式本发明的基于机器视觉的玉米果穗性状参数自动检测装置，结合附图和实施例详细说明如下。 依照本发明一种实施方式的基于机器视觉的玉米果穗性状参数自动检测装置，该 装置包括图像采集模块，每隔一段时间采集一幅图像，采集待测玉米果穗旋转一周的每一 行玉米籽粒的图像，并将采集到的图像实时传送至控制处理模块；旋转称重模块，带动待测 玉米果穗旋转，并测量待测玉米果穗的重量；控制处理模块，向旋转称重模块发送旋转信号 以及称重信号，向图像采集模块发送图像采集信号以及采集结束信号，并对图像采集模块 发送的图像进行处理，获得待测玉米果穗性状参数并显示。如图2所示，控制处理模块包括控制单元10、与控制单元10连接的处理单元12、 以及与处理单元12相连的各种数据线11，该处理单元12为PC机中的软件处理程序，控制 单元10通过数据线11与PC机的RS232 口相连。图像采集模块包括线阵CXD相机13以及 固定该C⑶相机13的支架14。如图2-3所示，旋转称重模块包括圆台1，用于固定待测玉米果穗，其上设置有插 入固定待测玉米果穗的顶针9 ；升降台5，在第一驱动电机6驱动下升降，第一驱动电机6与 控制单元10相连并在接收到控制单元10发送的称重信号时驱动升降台5上升，接收到控 制单元10的下降信号时下降，第一驱动电机6优选为开关磁阻电机；压力传感器4，设置在 升降台5上方第一设定位置处，与圆台1通过连接杆7固定连接，可由升降台5顶起至第二 设定位置，并随升降台5的下落而下落至该第一设定位置，从而带动圆台1的上升以及下 落，升降台5上升至第二设定位置时，压力传感器4将压力电压信号传送至控制单元10，实 现对圆台1、连接杆7、顶针9以及待测玉米果穗整体的称重；旋转台2，当升降台5下降，压 力传感器4落回初始的第一设定位置时，圆台1与旋转台2接触连接(如图2所示其接触 剖面可呈倒梯形)，在第二驱动电机15的驱动下旋转台2可带动圆台1旋转，第二驱动电 机15与控制单元10相连，并在接收到控制单元10发送的旋转信号时驱动旋转台2旋转， 旋转台2下表面设置有涡轮3，涡轮3通过蜗杆8与第二驱动电机15相连，在第二驱动电机 15驱动下，带动旋转台2旋转，第二驱动电机15为无刷直流电机。第二设定位置为升降台 5不再继续上升的位置，可以为升降台5所能上升的最大高度处，也可根据需要设定其它升 降台5的停止上升位置。本发明装置的PC机中的处理单元12与线阵C⑶相机13、旋转称重模块相连，控制 旋转称重模块勻速转动，使线阵CCD相机13采集玉米果穗旋转一周的每一行的图像，处理 单元12将采集的图像读入，且实时快速的进行图像处理并显示结果。同时，旋转称重模块 中内嵌压力传感器4，所以能够实时显示的玉米果穗性状参数包括果穗长度、穗行数、秃顶 长度、每行粒数、每穗粒数、穗重、秃顶率、以及粒色。且测量效率高、精度高、测量参数多、操 作方便、省时省力。如图4所示，使用本发明的装置进行玉米果穗性状参数的自动检测时， 其工作过程如下PC机中的处理单元12通过控制单元10发送称重信号至第一驱动电机6，驱动升 降台5上升，将压力传感器4、连接杆7、圆台1、顶针9以及顶针9上面的玉米果穗顶起，使 圆台1与旋转台2、涡轮3、蜗杆8分离，称连接杆7、圆台1、顶针9以及玉米果穗的重量，上 升至最大高度时，压力传感器4将压力电压信号传送至控制单元10，控制单元10将电压值 转换成重量值，并发送至PC机中的处理单元12 ；处理单元12通过控制单元10向第一驱动 电机6发送下降信号，将升降台5降下，然后向第二驱动电机15发送旋转信号，开启第二驱动电机15驱动旋转台2旋转；控制单元10向处理单元12返回玉米果穗已开始旋转的信 号；处理单元12通过1394 口，开启线阵C⑶相机13，控制线阵C⑶相机13每隔一段时间 采集一幅图像，并实时将采集到的图像传送至处理单元12，当连续采集完玉米果穗一周的 图像时，处理单元12控制线阵CCD相机13结束采集，并对采集到的图像进行处理，处理后 的结果如图5所示，实时显示提取的果穗性状参数。 用本发明的装置进行了一次玉米果穗性状参数自动检测的结果，为果穗长度 20. 2cm、穗行数:20、秃顶长度1. lcm、每穗粒数:782、穗重282g、粒色黄，秃顶率3. 3 % (40穗统计值)。实测值果穗长度20. 8cm、穗行数20、秃顶长度0. 9cm、每穗粒数780、 穗重286g、粒色黄，秃顶率3. 0% (40穗统计值)。从测量结果上看，与实测值基本保持一 致，该装置可用于玉米果穗性状参数的测量。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通 技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有 等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
一种基于机器视觉的玉米果穗性状参数自动检测装置，其特征在于，该装置包括图像采集模块，用于在接收到图像采集信号后采集待测玉米果穗旋转一周的每一行籽粒的图像，并将采集到的图像实时传送至控制处理模块；旋转称重模块，在接收到称重信号后测量待测玉米果穗的重量，在接收到旋转信号后带动待测玉米果穗旋转，并在开始旋转时向控制处理模块发送已旋转信号；控制处理模块，用于向所述旋转称重模块发送旋转信号以及称重信号，在接收到所述旋转称重模块发送的已旋转信号的同时，向所述图像采集模块发送图像采集信号，并对所述图像采集模块传送的图像进行处理，获得待测玉米果穗性状参数并实时显示。
2.如权利要求1所述的基于机器视觉的玉米果穗性状参数自动检测装置，其特征在 于，所述旋转称重模块包括圆台，用于固定所述待测玉米果穗；升降台，在第一驱动电机驱动下升降，所述第一驱动电机与所述控制处理模块相连并 接收所述控制处理模块发送的称重信号；压力传感器，设置在所述升降台上方第一设定位置处，与所述圆台连接，由所述升降台 顶起至第二设定位置，并随所述升降台的下落而下落至所述第一设定位置，从而带动所述 圆台的上升及下落，上升至所述第二设定位置处时将压力信号传送至所述控制处理模块；旋转台，用于在所述圆台处于所述第一设定位置时在第二驱动电机的驱动下带动所述 圆台旋转，所述第二驱动电机与所述控制处理模块相连并接收所述控制处理模块发送的旋 转信号。
3.如权利要求2所述的基于机器视觉的玉米果穗性状自动检测装置，其特征在于，所 述旋转台下表面设置有涡轮，所述涡轮通过蜗杆与所述第二驱动电机相连，在所述第二驱 动电机驱动下，带动所述旋转台旋转。
4.如权利要求2所述的基于机器视觉的玉米果穗性状自动检测装置，其特征在于，所 述旋转台与所述圆台接触剖面呈倒梯形。
5.如权利要求2所述的基于机器视觉的玉米果穗性状自动检测装置，其特征在于，所 述圆台上设置有用于插入固定待测玉米果穗的顶针。
6.如权利要求2所述的基于机器视觉的玉米果穗性状自动检测装置，其特征在于，所 述圆台通过了连接杆与所述压力传感器固定连接。
7.如权利要求1-6任一项所述的基于机器视觉的玉米果穗性状自动检测装置，其特征 在于，所述图像采集模块包括线阵相机CCD，与所述控制处理模块相连；支架，用于固定所述线阵相机CCD。
全文摘要
本发明公开了一种基于机器视觉的玉米果穗性状参数自动检测装置，该装置包括图像采集模块，采集待测玉米果穗旋转一周的每一行的图像，并将采集到的图像实时传送至控制处理模块；旋转称重模块，测量待测玉米果穗的重量，带动待测玉米果穗旋转，并在开始旋转时向控制处理模块发送已旋转信号；控制处理模块，向所述旋转称重模块发送旋转信号以及称重信号，在接收到所述旋转称重模块发送的已旋转信号的同时，向所述图像采集模块发送图像采集信号，并对所述图像采集模块传送的图像进行处理，获得待测玉米果穗性状参数并实时显示。本发明的装置集图像采集、处理、显示于一体，且可以称重，可测量参数增加，且测量效率、精度高。
文档编号G01B11/00GK101881598SQ20101021031
公开日2010年11月10日 申请日期2010年6月28日 优先权日2010年6月28日
发明者朱大洲, 毕昆, 王成, 王纪华, 陈立平 申请人:北京农业智能装备技术研究中心