一种基于机器视觉的高精度健康钵苗智能识别及定位装置的制作方法

本发明属于农业机械领域，具体涉及一种基于机器视觉的高精度健康钵苗智能识别及定位装置。

背景技术：

穴苗盘育苗是一个新的行业，是20世纪70年代在国际上发展起来的一项新型育苗技术，穴苗盘育苗与常规育苗方法相比，具有省工、省力、成苗快、节约资源、成本低、效率高、便于管理以及保护农业生态环境等优点越来越受到广大劳动人民的关注，且已经在农业方向上普遍应用。主要应用于烟草、花卉、蔬菜和树木的育苗。

目前，穴苗育苗在实际应用中的成苗率在80%-95%之间，穴苗盘内除未发芽和漏播的孔穴外，还存在着劣质穴苗盘苗，导致后续机械化批量移栽出现栽空，漏栽等现象，严重破坏了秧苗移栽后的一致性。因此，穴苗盘出厂前需要对穴苗盘中的不健康苗进行剔除作业以及用健康的苗对未发芽、漏播的穴孔进行补苗作业，并对其生长健康质量进行检测识别。因此，机器视觉技术作为对健康穴盘苗进行健康识别中的关键技术之一，越来越发挥着其无可替代的优越性。通过机器视觉技术不仅可以检测穴盘苗健康状况，还可以基于整体穴盘定位不健康穴盘苗、未发芽、漏播孔穴的位置，为以后移钵系统的剔除苗以及补苗作业提供穴位的准确位置信息，从而保证穴盘苗出厂前的幼苗健康一致性。因此，机器视觉技术及移钵系统代替传统人工对于穴苗的检测和移栽，不仅可以降低劳动强度，提高劳动生产效率，也能把人们从繁琐的劳动中解救出来，更加准确的判断穴盘苗的生长情况，避免因人而异造成的误差。虽然穴盘育苗技术在市场上得到了普遍应用，但其还存在识别及定位准确率低，移栽过程中容易损伤穴盘基质等问题。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种基于机器视觉的高精度健康穴苗盘苗智能识别及定位装置，该装置能最大限度的解决对于健康穴盘苗的识别及定位不准确问题，提高识别及定位准确率，更好的保证穴盘中穴苗的一致性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于机器视觉的高精度健康钵苗智能识别及定位装置，包括输送机构、光照机构和控制机构，其特征在于：所述输送机构包括输送架、输送带和电动机，所述输送架包括矩形框架和连接于矩形框架框架角处的支柱，所述支柱沿竖直方向设置，支柱的一端连接于所述矩形框架，支撑柱的另一端向下延伸至同一水平面，所述矩形框架上还安装所述输送带，所述电动机固定于所述支柱上，所述电动机还通过皮带轮连接所述输送带；所述光照机构包括光照箱和设置与光照箱内部的安装架、光源、相机，所述光照箱为一端开口的箱体，光照箱还通过开口固定于所述输送框架上，光照箱上垂直于输送带传送方向的两个侧壁还预留有进盘口和出盘口，所述进盘口和所述出盘口设置于所述光照箱的开口处，所述进盘口和所述出盘口处还设有第一闸门和第二闸门，所述第一闸门和所述第二闸门还分别铰接于光照箱的两个侧壁；所述安装架固定于所述光照箱的内部，所述安装架包括平行设置的第一横梁和第二横梁，所述第一横梁和第二横梁均沿输送带传送方向设置，所述第一横梁和所述第二横梁的下方还分别固定有光照设备，所述光照设备还与光照箱开口处预留光照间隙，所述第一横梁和所述第二横梁之间还预留安装间隙，所述相机固定于所述安装间隙处；所述相机包括第一相机和第二相机，所述第一相机和所述第二相机的侧壁还分别连接有安装杆，所述安装杆均垂直连接于所述第一横梁和所述第二横梁，所述相机还连接所述控制机构；所述控制机构包括计算机、第一传感器、第二传感器、第三传感器和处理器，所述计算机还通过数据传输线连接于所述相机和所述处理器，所述第一传感器、第二传感器和第三传感器还沿输送带的传送方向顺序固定于所述矩形框架上，所述第一传感器和所述第三传感器还分别设置于所述光照箱的两侧，所述第二传感器设置于所述光照箱的内部，所述第一传感器、第二传感器和第三处理器还连接于所述处理器，所述处理器还分别与第一闸门、第二闸门和电动机相连接。

进一步的，同侧的两个支柱之间还分别通过两个加强筋连接，所述加强筋沿水平方向设置，位于同一水平面上的加强筋之间还连接有横杆。

进一步的，矩形框架的上方还固定有流利条，所述流利条设置于所述光照箱的内部，所述流利条包括第一流利条和第二流利条，所述第一流利条和所述第二流利条还对称设置于输送带的两侧，所述第一流利条和所述第二流利条之间还预留供穴苗盘通过的输送间隙。

进一步的，所述光照箱包括箱架和多个亚克力板，所述箱架包括为多个铝型材组装成的长方体型框架，所述亚克力板固定于所述箱架上，且多个亚克力板合围成一端开口的箱体。

进一步的，所述光照箱的一侧壁还预留配装口，所述配装口的中轴线与进盘口和出盘口的中轴向相垂直，所述配装口处还设有光照箱门，所述光照箱门还铰接于所述箱架。

进一步的，所述第一横梁和所述第二横梁均沿水平方向设置，所述第一横梁和所述第二横梁的两端还分别通过角件固定于所述光照箱的内壁上。

进一步的，所述第一相机和所述第二相机还分别连接有镜头，第一相机和第二相机还沿输送带传送方向依次排布，所述第一相机和所述第二相机还以光照箱的中轴线为对称线呈对称分布。

进一步的，第一相机的安装杆和第二相机的安装杆相互平行，所述安装杆设置于所述第一横梁和所述第二横梁与光照箱箱底之间的间隙处，所述安装杆均通过角件连接于第一横梁和第二横梁。

进一步的，所述第二传感器设置于所述出盘口和所述流利条之间。

进一步的，处理器固定于输送机构的支柱上，第一传感器、第二传感器、第三传感器和处理器的传感和处理过程为：将穴苗盘放置于输送带上传送，当第一传感器检测到穴苗盘位置时，将检测信息传输给处理器，处理器调节第一闸门向上抬起，穴苗盘通过进盘口进入光照箱；当第二传感器检测到穴苗盘位置时，将检测信息传输给处理器，处理器控制支柱上的电动机停止运转，穴苗盘的停止位置在光照箱底部宽度和长度方向上的中间位置，处理器控制第一闸门关闭，位于光照箱上方的计算机对穴盘苗进行图像采集工作，采集及处理完毕后，计算机将完成信息传输给处理器，处理器控制光照箱右侧第二闸门打开，控制电动机带动输送带开始运转，输送带带动穴苗盘离开光照箱；当第三传感器检测到穴苗盘位置时，处理器调节光照箱第二闸门关闭；将下一个穴苗盘开始放置到输送带上，重复进行第一传感器、第二传感器、第三传感器和处理器的传感和处理过程。

本发明的一种基于机器视觉的高精度健康穴苗盘苗智能识别及定位装置，基于穴苗叶面积来判断健康穴苗，因此，构建健康穴盘苗数据库作为对于健康穴盘苗识别中的参考，对于识别精度的提高就显得意义重大；采用两个相机及镜头，如把光照箱高度方向上的截面左右一分为二，两个相机分别距进盘口、出盘口所在侧壁的垂直距离与两个相机距光照箱中心轴线的距离相同时，对称的两个相机分别位于左右两个截面的中心位置，相机在穴盘苗的正上方拍摄，所采集到的穴盘苗的叶面积信息是最准确的。

本发明的有益效果为：本发明的一种基于机器视觉的高精度健康穴苗盘苗智能识别及定位装置，是基于穴苗叶面积来判断健康穴苗，随着工业相机的位置与穴盘苗正上方的距离不断增大，所产生的误差也在不断增大，因此，为了减小这种误差，本发明设计选择用两个相机进行图像采集工作，并且对两个工业相机分别采集的穴盘苗叶面积进行取平均值法，并以此平均值大小作为最终的穴盘苗叶面积大小，来提高穴盘苗叶面积的识别准确率。

附图说明

图1为本发明的正视图；

图2本发明的俯视图；

图3为本发明的轴二侧图；

图4为光照箱的内部正视图；

图5为光照箱的内部俯视图；

图6为输送机构的俯视图；

图7为传感器示意图。

其中，图中各标号为：1.处理器；2.矩形框架；3.第一传感器；4.第一闸门；5.光照箱；6.第二闸门；7.第二传感器；8.输送带；9电动机；10.光照设备；11.第一相机；12.第一横梁；13.穴苗盘；14.第一流利条；15.光照箱门；16.第三传感器；17、第二横梁；18、第二流利条；19、第二相机；20、支柱；21、横杆；22、加强筋；23、安装杆。

具体实施方式

为了本领域的技术人员能够更好地理解本发明所提供的技术方案，下面结合具体实施例进项阐述。

本发明的穴苗盘13在具体的实施过程中可采用标准穴苗盘，穴苗盘13的尺寸为540mm×280mm，与之相对应的矩形框架2的宽度设为450mm，长度设计为标准穴苗盘长度尺寸的4.5倍也即是2430mm，支柱20高度设计为500mm，便于工作人员的操作。

将穴苗盘13放到输送带8上，支柱20上的电动机9开始运转，电动机9为三相异步电动机，电动机9带动输送带8运转。与此同时，穴苗盘13在输送带8的带动下沿输送带8的传送方向向前运动，当第一传感器3检测到穴苗盘13位置时，第一传感器3将信号传递给处理器1，处理器1及时调节光照箱左侧的第一闸门4向上抬起一定角度，以使穴苗盘13进入光照箱5，当第二传感器7检测到穴苗盘13位置时，第二传感器7将信号传递给处理器1，处理器1控制支柱20上的电动机9停止运转，穴苗盘13停止在输送带8上，且及时调节光照箱左侧的第一闸门4关闭。光照箱5内部的光照设备10可以为led灯管或其它照明设备，第一相机11和第二相机19为带镜头的工业相机，当整个穴苗盘13都在光照箱5的内部时，光照设备10开启，第一相机11和第二相机19进行拍摄工作，当第一相机11和第二相机19拍摄完成后，将所采集到的图像通过usb接头和数据线及时的传输给计算机，然后计算机对所采集到的图像进行图像颜色增强、阈值法图像分割、形态学图像处理、连通区域图像去噪等预处理技术、穴盘苗特征提取之后，对处理后的穴盘苗图像以健康穴盘苗数据库为参考进行叶面积的比较从而进行健康穴盘苗图像识别的作业，从而达到识别出健康穴盘苗的目的。然后,通过穴盘苗定位算法解析得到非健康穴盘苗，未发育及漏播孔穴的准确坐标信息，为以后移钵系统的剔除苗以及补苗作业提供穴位的准确位置信息。

与此同时，当采集工作完成后，计算机及时的将完成信号传递给处理器1，处理器1调节光照箱右侧的第二闸门6打开并控制支柱20上的的三相异步电动机开始运转，带动穴苗盘13继续先前运动，使穴苗盘13离开光照箱5，当第三传感器16检测到穴苗盘13位置时，穴苗盘13已经全部离开了光照箱5，第三传感器16将信号传递给处理器1，处理器1及时控制光照箱第二闸门6关闭。然后第二个穴苗盘开始放到输送部件上，并开始重复进行上述工作。

光照箱5安装于矩形框架2上的中间位置，其宽度与矩形框架2的宽度保持一致，长度为标准苗盘长度的1.5倍，即为810mm，高度为1200mm。保证在进行穴苗的图像采集时，在考虑光照5厚度的前提下，能有充分空间进行图像采集工作。光照箱5的框架材料为铝型材，铝型材构成的框架空隙由亚克力板覆盖，保证光照箱5的密封性，防止在对穴苗盘苗进行图像采集时受到外界的光线干扰。其内部上方距光照箱5顶部一定距离处安装有用于第一相机11、第二相机19和光照设备10的安装梁，用于安装工业相机及镜头和光照设备，且工业相机及镜头和光照设备的安装梁高度方向上的位置可以根据穴苗盘穴位的多少而改变，但光照设备和工业相机及镜头要保持在被测苗盘的上方方向，工业相机及镜头通过usb接口和数据传输线和位于光照箱5上方的计算机相连，当相机拍摄得到苗盘的图像时能及时的传输到计算机，然后计算机基于穴苗盘的识别算法对苗盘图像进行一系列的处理，从而智能识别出健康穴盘苗，并计算出不健康穴苗、未发芽、漏播的孔穴的位置，为以后移钵系统的剔除苗以及补苗作业提供穴位的准确位置信息。光照箱5宽度方向上的一侧箱门光照箱门15可以打开，方便工业相机及镜头、光照设备10的安装和调试，光照箱5的开口处也可以从矩形框架2上分离，便于其余各部分安装调试。光照箱5长度方向上的两侧有可以根据苗盘位置自由打开和关闭的第一闸门4和第二闸门6，保证光照箱5的密封性。

矩形框架2上方的两侧安装有对称设置的第一流利条14和第二流利条18，以限制穴苗盘13位置能够始终在矩形框架2和光照箱5底部宽度方向上的中心位置，且保证穴苗盘13的长度方向与输送带的长度方向平行。矩形框架2上方的一侧还安装有三个用于确定穴苗盘位置的传感器：一个位于光照箱5的左边距光照箱5270mm处，一个位于矩形框架2与光照箱5开口处的重合部分，距离光照箱5的左右边框分别为675mm、135mm，一个位于光照箱5的右边距光照箱600mm处（设输送带8的传送方向为从左到右）。处理器1位于矩形框架2左端的下方，第一传感器3、第二传感器7、第三传感器16和处理器1的传感和处理过程为：当第一传感器3检测到穴苗盘13位置时，及时的将检测信息传输给处理器1，处理器1及时调节第一闸门4向上抬起一定角度，以使穴苗盘13进入光照箱5，当第二传感器7检测到穴苗盘13位置时，及时的将检测信息传输给处理器1，处理器1控制支柱20上的电动机9停止运转以使穴苗盘13的停止位置刚好在光照箱5底部长度方向上的中间位置，以保证对穴盘苗进行图像采集时，穴盘位置刚好在光照箱5底部宽度和长度方向上的中间位置。然后第一闸门4关闭，位于光照箱5上方的计算机对穴盘苗进行图像采集工作，采集及处理完毕后，计算机及时的将完成信息传输给处理器1，处理器1控制光照箱第二闸门6打开，且控制支柱20上的电动机带动输送带8开始运转，使穴苗盘13离开光照箱5，当第三传感器16检测到穴苗盘13位置时，证明此时穴苗盘13已经完全的离开光照箱5了，处理器1再根据其传输来的信号及时的调节光照箱第二闸门6关闭。同时，第二个穴苗盘13开始放置到输送带8上，并开始进行上述工作。

本发明是基于穴苗叶面积来判断健康穴苗的，因此，构建健康穴盘苗数据库作为对于健康穴盘苗识别中的参考，对于识别精度的提高就显得意义重大。具体介绍如下：在对一定数量的相同天数相同种类健康穴盘苗智能识别中，及时的收集图像处理后健康穴盘苗的叶面积大小，并计算出它们的叶面积平均值大小、叶面积值的方差，从而精确得出健康穴盘苗的叶面积大小波动范围，当下一次智能识别时，将采集到的穴盘苗叶面积与数据库中储存的健康穴盘苗叶面积大小范围进行对比，当在此范围内时认为此穴盘苗是健康的，不在此范围则是非健康的，且此方法可用于不同类型、不同苗龄的幼苗，适应性好。

图7为传感器示意图，传感器1采用射线式传感器，射线式传感器上部是放射源，下部是射线探测器。其优点是能进行现场的快速测量，放射性元素的衰变受外界影响极小放射式传感器的检测灵敏度高，测量误差小。根据被测物质对射线的吸收、反射或散射进行检测。主要由放射源和射线探测器组成。其中，放射源为将射线向一定方向发射射线的装置，且其放射强度在设计时已选定；探测器为核辐射的接收装置。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。