基于图像的绿肥等农作物种子外形尺寸测量方法及测量系统与流程

1.本发明涉及尺寸测量技术领域，特别是涉及基于图像的绿肥等农作物种子外形尺寸测量方法及系统。


背景技术：

2.农业生产中，物料尺寸测量以及农业装备的测绘是必不可少的测量环节。农作物种子外形尺寸作为一个很重要的物理特性参数，尤其在播种以及种子清选等作业环节，直接关系到种子设备关键部件参数的设计与选取，目前绿肥种子(二月兰、紫云英)等小颗粒农作物主要靠游标卡尺测定其外形尺寸，对于直径或长宽小于10mm的颗粒物料，测量起来耗时费力，而目前市场上的自动影像测量仪虽测量方便快捷精度高，但因价格昂贵，主要用于军工、钟表等领域的精密仪器测量，很少在农作物种子测量上使用。
3.现有技术中，专利cn204064246u公开了一种种子长度测量装置，其包括照相机、透明盒和固定架，照相机的摄像头是不可以调节图像大小的摄像头，照相机的显示屏上设置有长度刻度，其测量方法为：先找一个知道尺寸的参照物(如橡皮)，再用照相机拍摄参照物的图片，然后确定参照物图像的长度与参照物时间长度的比例，最后在图片中数种子图像占据的格子数量，并根据上述比例计算种子的实际长度。
4.专利cn105300291a公开了一种种子形态大小观测仪，包括基座、竖杆、载物台、夹持总成、刻度板和放大总成，刻度板的上表面设有网状刻度线，刻度线的规格是已知的，测量种子尺寸时，先将种子固定在载物台上，再利用激光灯发出光束在刻度线上形成光束，最后在镜片放大的辅助下观察光点与刻度板上的横线、竖线，计算种子的尺寸。
5.上述两个专利中，第一个专利是先用参照物对格子在图片中的比例进行标定，再通过数格子的方式计算种子的尺寸，第二个专利是已知刻度线尺寸，通过数刻度的方式计算种子的尺寸。上述两个专利存在两个问题，第一：都需要通过肉眼观察估算种子占的格子数(刻度数)，再进行计算，因此得到的种子尺寸的精度较低；第二：受限于其测量方法，需要搭建专门的测量仪器，测试成本较高。
6.现有技术中，在测量其他被测物体的技术中，专利cn111047588a公开了一种轴型小零件尺寸的图像化测量方法，其测量步骤包括：以固定距离采集零件的原始图像；利用图像算法得到定位轮廓所对应的直线段，以直线段作为零件边缘，计算边缘之间的像素距离；以标定板为对象，进行前述同样步骤的处理，得到图像拍摄距离所对应的标定系数；最后根据标定系数和像素距离计算零件的尺寸。可见，该专利中，与上述第一个专利类似，需要先根据标定板确定标定系数(也即像素距离与实际距离的比例关系)，再根据零件边缘的像素距离与标定系数(比例关系)的乘积计算零件的尺寸。该方法中，需要得到被测对象在图像中的像素距离以及标定系数两个中间数据才能计算目标尺寸。


技术实现要素：

7.发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种测量成本低、测量方
便且精度高的基于图像的绿肥等农作物种子外形尺寸测量方法及系统。
8.技术方案：为实现上述目的，本发明的基于图像的绿肥等农作物种子外形尺寸测量方法，所述方法包括：
9.获取同时包含标尺图像与种子图像的图片；
10.将所述图片导入测量软件；
11.根据所述图片中的标尺图像对所述图片进行缩放，使得所述标尺实物对应的实际尺寸与所述标尺图像在所述测量软件中的测量尺寸一致；
12.利用所述测量软件的测量功能对所述图片中种子图像的尺寸进行测量，得到外形尺寸数据。
13.进一步地，所述获取同时包含标尺图像与种子图像的图片包括：
14.获得包含所述标尺实物与所述种子实物的组合体；
15.对所述组合体进行拍照或扫描，得到所述图片。
16.进一步地，所述标尺实物为带有刻度的钢尺、塑料尺或柔性尺。
17.进一步地，所述根据所述图片中的标尺图像对所述图片进行缩放，使得所述标尺实物对应的实际尺寸与所述标尺图像在所述测量软件中的测量尺寸一致包括：
18.在所述标尺图像中选取两个参照特征，两个所述参照特征之间的实际尺寸为已知的第一数值；
19.以其中一个所述参照特征为基准，在所述测量软件中绘制尺寸为第一数值的参考直线，所述参考直线的第一端对应于所述基准；
20.以所述参考直线的第一端为基准，在所述测量软件中对所述图片进行缩放，使得另一个所述参照特征与所述参考直线的第二端对正。
21.进一步地，所述利用所述测量软件的测量功能对所述图片中种子图像的尺寸进行测量，得到外形尺寸数据包括：
22.利用所述测量软件的距离标注功能对所述种子图像上的两个测量点之间的距离进行标注；
23.读取得到的标注值作为所述外形尺寸数据。
24.进一步地，所述图片中包含多个种子图像，所述方法还包括：
25.对多个所述种子图像的尺寸进行测量，并对得到的测量数据求平均值；
26.将得到的平均值作为所述外形尺寸数据。
27.基于图像的绿肥等农作物种子外形尺寸测量系统，其包括：
28.获取模块，用于获取同时包含标尺图像与种子图像的图片；
29.导入模块，用于将所述图片导入测量软件；
30.缩放模块，用于根据所述图片中的标尺图像对所述图片进行缩放，使得所述标尺实物对应的实际尺寸与所述标尺图像在所述测量软件中的测量尺寸一致；
31.测量模块，用于利用所述测量软件的测量功能对所述图片中种子图像的尺寸进行测量，得到外形尺寸数据。
32.有益效果：本发明的基于图像的绿肥等农作物种子外形尺寸测量方法及系统，利用简单的图片以及现有的软件对种子的外形尺寸进行测量，成本低、测量方便，无需对种子进行装夹，且测量过程中没有估算过程，也不需要计算中间量，测量精度高。
附图说明
33.图1为基于图像的绿肥等农作物种子外形尺寸测量方法的流程示意图；
34.图2为测量方法中涉及的一个实例图片；
35.图3为测量装置的组成示意图；
36.图4为基于图像的绿肥等农作物种子外形尺寸测量系统的构成示意图；
37.图5为优选实施例中测量装置包含的测量装置的结构图。
具体实施方式
38.下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
39.如图1所示的基于图像的绿肥等农作物种子外形尺寸测量方法，所述方法包括如下步骤s101-s104：
40.步骤s101，获取同时包含标尺图像与种子图像的图片；
41.本步骤中，图片是通过对特制的组合体进行拍照或扫描而得到的，如图2为一个示例图片，图中上侧为种子图像，下侧为标尺图像，其中，组合体为包含所述标尺实物与所述种子实物的组合体。本实施例中，标尺实物为带有刻度的钢尺、塑料尺、柔性尺等测量用具，优选为钢尺，钢尺受热胀冷缩的影响较小，因此可提高测量精度。上述组合体可以是将通过将所述种子实物固定至所述标尺实物上得到，也即通过胶粘等方式将种子实物固定在钢尺上；还可以是通过将所述种子实物与所述标尺实物固定至同一平面基体上得到，也即将钢尺与种子实物均固定至白纸、塑料板等平面基体上，图2即为对这种组合体进行拍照或扫描而得到的。无论采用哪种方式制作上述组合体，标尺实物与种子实物基本置于同一平面内。
42.步骤s102，将所述图片导入测量软件；
43.本步骤中，测量软件为现有的工业软件或设计软件，如cad等现有软件。
44.步骤s103，根据所述图片中的标尺图像对所述图片进行缩放，使得所述标尺实物对应的实际尺寸与所述标尺图像在所述测量软件中的测量尺寸一致；
45.本步骤中，也即在测量软件中，以标尺图像为参照，使得标尺图像在测量软件的坐标系中对应的测量尺寸与其在现实世界中的实际尺寸一致，如此，整个图片中的所有种子图像的大小与种子实物的大小也即一致。本实施例中，由于标尺图像带有刻度，可在标尺图像中选取一段距离作为参照对象对图像进行缩放，如图2所示，选取10cm-20cm这一段作为参照对象对图像进行缩放。
46.步骤s104，利用所述测量软件的测量功能对所述图片中种子图像的尺寸进行测量，得到外形尺寸数据。
47.优选地，步骤s103中所述根据所述图片中的标尺图像对所述图片进行缩放，使得所述标尺实物对应的实际尺寸与所述标尺图像在所述测量软件中的测量尺寸一致包括如下步骤s201-s203：
48.步骤s201，在所述标尺图像中选取两个参照特征，两个所述参照特征之间的实际尺寸为已知的第一数值；
49.本步骤中，两个参照特征为两个点或两条线，本实施例中，如图2中a、 b两个黑线(此两个黑线为示意线，实际没有这两个黑线)所示，两个参照特征为10cm刻度线与20cm刻度线，第一数值即为10cm。优选地，选取的第一数值比种子尺寸大至少一个数量级，如此，可
大大摊薄缩放操作所产生的误差，使得后续测量种子尺寸时达到较高的精度。
50.步骤s202，以其中一个所述参照特征为基准，在所述测量软件中绘制尺寸为第一数值的参考直线，所述参考直线的第一端对应于所述基准；
51.具体到本实施例中，若选取10cm刻度线为基准，则在测量软件中，以 10cm刻度线为起点绘制长度为10cm(软件中的尺寸)的参考直线，如图2 中的直线l所示。一般绘制出的参考直线第二端不与另一个参照特征对正，需要对图片进行缩放后才与另一个参照特征对正，图2中为缩放后的效果。
52.步骤s202，以所述参考直线的第一端为基准，在所述测量软件中对所述图片进行缩放，使得另一个所述参照特征与所述参考直线的第二端对正。
53.本实施例中，图2所示即为在测量软件中对图片缩放完成后的效果，此时参考直线的两端分别与10cm刻度线及20cm刻度线对正。
54.优选地，步骤s104中所述利用所述测量软件的测量功能对所述图片中种子图像的尺寸进行测量，得到外形尺寸数据包括如下步骤s301-s302：
55.步骤s301，利用所述测量软件的距离标注功能对所述种子图像上的两个测量点之间的距离进行标注；
56.本步骤中，对种子图像上的测量点进行标注时，可先利用测量软件的界面缩放功能对种子图像进行视觉放大，使得种子图像占据显示界面的比例大幅增加(此处只是进行视觉放大，图片相对于测量软件中坐标系的大小仍是不变的)，如此可更容易获取种子的边缘点作为测量点。
57.步骤s302，读取得到的标注值作为所述外形尺寸数据。
58.优选地，所述图片中包含多个种子图像，所述方法还包括如下步骤 s401-s402：
59.步骤s401，对多个所述种子图像的尺寸进行测量，并对得到的测量数据求平均值；
60.步骤s402，将得到的平均值作为所述外形尺寸数据。
61.通过步骤s401-s402得到的平均值作为外形尺寸数据，得到的数据更具有参考性，据此进行种子设备关键部件参数的设计与选取，可保证参数设计的合理性。
62.上述的基于图像的绿肥等农作物种子外形尺寸测量方法可以由人工手动完成，也可以由设计好的系统自动完成，后者情况下，上述测量方法由测量系统完成，测量系统基于如图3所示的测量装置实施，测量装置包括计算机51以及图像获取模块52，两者之间能够进行数据传输与交互，图像获取模块52为扫描仪或相机，计算机51中安装有上述测量软件，测量系统是基于现有的测量软件进行二次开发得到，具体地，如图4所示，测量系统包括如下部分：
63.获取模块601，用于获取同时包含标尺图像与种子图像的图片；具体为，获取模块601调度图像获取模块52对目标对象进行扫描或拍照得到图片；
64.导入模块602，用于将所述图片导入测量软件；具体为，获取模块501 通过访问计算机51中的特定文件路径获取上述图片并导入至测量软件；
65.缩放模块603，用于根据所述图片中的标尺图像对所述图片进行缩放，使得所述标尺实物对应的实际尺寸与所述标尺图像在所述测量软件中的测量尺寸一致；
66.测量模块604，用于利用所述测量软件的测量功能对所述图片中种子图像的尺寸进行测量，得到外形尺寸数据。
67.本实施例中，计算机51作为实施测量方法的主体时，缩放模块503对图片进行缩放的方法为：在用户输入的第一操作指令(用户可通过键盘、鼠标等计算机辅助外设进行输入)下得到一个点作为起始点(也即第一端)，当参照特征为点时，起始点与一个参照特征重合，当参照特征为线时，起始点位于一个参照特征上；在用户输入的第二操作指令下在测量软件中生成尺寸为第一数值的参考直线，第二操作指令的内容包括参考直线的延伸方向与尺寸；以所述参考直线的起始点(第一端)为基准，在所述测量软件中对所述图片进行缩放，使得另一个所述参照特征与所述参考直线的第二端对正。
68.同理，计算机51作为实施测量方法的主体时，测量模块504对种子图像的尺寸进行测量的方法为：在用户的第三操作指令下，得到一个点作为第一个测量点；在用户的第四操作指令下，得到另一个点作为第二个测量点；计算第一个测量点与第二个测量点之间的距离，并显示距离数值。
69.优选地，为了测量厚度较大的种子，上述组合体还可以是将标尺实物固定对应于种子实物的中部位置得到，如图5所示，测量装置还包括置种装置53，置种装置53包括置种台531、玻璃板532以及中间板533，中间板533置于置种台531以及玻璃板532之间，且中间板533分别通过多个相互平行的连杆534连接置种台531以及玻璃板532，玻璃板532只能相对于置种台531竖直升降，图像获取模块52为相机，相机位于玻璃板532的正上方；中间板533上固定有标尺实物535；如此，标尺实物535、置种台 531以及玻璃板532三者始终相互平行，且标尺实物535位于置种台531与玻璃板532两者之间空隙的正中位置。需要对厚度较大的种子的种子进行测量时，先将玻璃板532抬升，将多个种子实物均匀放置在置种台531上，然后放下玻璃板532，放下玻璃板532后，玻璃板532与置种台531上的若干种子实物接触，种子实物将玻璃板532保持在对应于种子实物厚度的高度上，此时，标尺实物535位于半个种子实物高度的位置，可使得标尺实物535与种子实物最大截面轮廓(一般种子都是半高位置截面轮廓最大) 所在位置基本处于一个高度，在此基础上通过相机获取组合体的图像，可保证后续测得种子尺寸的准确性，相比而言，将标尺实物直接放置在置种台531上的方案会收到近大远小的透视原理的影响，导致后续测量结果不准。
70.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。