專利名稱：基于機(jī)器視覺的玉米考種裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及玉米考種技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種給予機(jī)器視覺的玉米考種裝置。
背景技術(shù)：
我國(guó)玉米種植面積和總產(chǎn)量都居世界第二位，玉米生產(chǎn)在我國(guó)糧食生產(chǎn)和糧食安 全中占有極重要戰(zhàn)略地位。玉米果穗的外觀參數(shù)和穗重直接反應(yīng)玉米的生長(zhǎng)狀況并且在 玉米新品種鑒定也起著重要作用，通過機(jī)器視覺進(jìn)行玉米考種具有客觀、高效、低成本等優(yōu)
點(diǎn)o趙春明等在2009年發(fā)表了一篇《玉米果穗DUS性狀測(cè)試的圖像處理應(yīng)用研究》的 文章，文中將C⑶相機(jī)固定在三角架上，拍攝時(shí)固定角度和物距對(duì)垂直懸掛于箱中央的玉 米的三個(gè)側(cè)面圖像進(jìn)行采集，拍攝環(huán)境為密閉的箱體，用白板曝光，繞縱軸旋轉(zhuǎn)角度統(tǒng)一為 120°，對(duì)采集到的圖像進(jìn)行處理，提取玉米的穗長(zhǎng)，穗粗，穗形，粒頂色，穗軸色，穗行數(shù)和 籽粒排列形式這7個(gè)外觀參數(shù)。該方法存在以下缺陷將玉米垂直懸掛于密閉的箱體上方， 操作不方便，容易由于固定不穩(wěn)或者玉米松動(dòng)導(dǎo)致玉米脫落，對(duì)拍照造成一定的影響，浪費(fèi) 時(shí)間；其二 一次成像只能采集到玉米的某個(gè)側(cè)面圖像，若想采集多面必須將相機(jī)旋轉(zhuǎn)三 次，每次120°來采集玉米的三個(gè)側(cè)面圖像以便研究，旋轉(zhuǎn)過程容易造成誤差，旋轉(zhuǎn)角度的 準(zhǔn)確性也不易控制，受人為主觀影響大，會(huì)有不同程度的偏移；其三由于拍攝的三面圖會(huì) 有重疊，無法區(qū)分邊界導(dǎo)致不能通過平面圖像來測(cè)量玉米的穗行數(shù)，而用掃描玉米截面圖 的方法。2008年王玉亮等在碩士學(xué)位論文《基于機(jī)器視覺的玉米種子品種識(shí)別與檢測(cè)研 究》中搭建了玉米種子圖像采集的硬件系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)包括相機(jī)、光源圈架、環(huán)形光源、遮光 罩、樣品和載物臺(tái)，分別將相機(jī)、光源和載物平臺(tái)固定在支撐架上，采集環(huán)境為封閉的暗室。 該平臺(tái)雖然運(yùn)用了機(jī)器視覺，但研究對(duì)象為玉米種子的外部形態(tài)特征，不可用于以玉米穗 的外部特征為對(duì)象的研究。以上兩種方法均不能測(cè)量玉米果穗的重量，只能采集圖像。

發(fā)明內(nèi)容
(一)技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種高效、快速、簡(jiǎn)單的玉米考種裝置。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到所述目的，本發(fā)明提供了一種基于機(jī)器視覺的玉米考種裝置，該裝置包括 載物臺(tái)，用于承載并稱重待測(cè)玉米果穗；圖像采集單元，與所述載物臺(tái)相對(duì)，采集待測(cè)玉米 果穗的圖像并將采集到的圖像傳送至處理單元；兩個(gè)反光鏡，置于載物臺(tái)的與所述圖像采 集單元相對(duì)的另一側(cè)，其設(shè)置在能夠成像設(shè)定部分的待測(cè)玉米果穗位置處，所述設(shè)定部分 為所述圖像采集單元采集到的待測(cè)玉米果穗部分之外的部分；處理單元，向所述圖像采集 單元發(fā)送圖像采集命令，接收并處理所述圖像采集單元采集的圖像。三個(gè)光源，所述三個(gè)光源連線呈正三角形，所述載物臺(tái)置于所述正三角形的中心，用于為圖像的采集照明，并通過 照射光線將待測(cè)玉米果穗均勻分為三個(gè)部分。其中，所述光源包括照明光源，用于為采集圖像提供照明；分界光源，設(shè)置于所 述照明光源中心，用于通過照射光線將待測(cè)玉米果穗均勻分為三個(gè)部分。其中，所述照明光源為L(zhǎng)ED光源，所述分界光源為線性激光光源。其中，所述圖像采集單元置于所述三個(gè)照明光源中任意兩個(gè)照明光源連線的中線 上。其中，所述兩個(gè)反光鏡分別設(shè)置于所述圖像采集單元和與其正對(duì)的照明光源連線 的兩側(cè)。其中，所述載物臺(tái)包括托盤，用于稱重待測(cè)玉米果穗；頂針，設(shè)置在所述托盤中 心，用于插入固定待測(cè)玉米果穗。其中，該裝置還包括殼體，用于將該裝置的各部件固定置于其中，其上方設(shè)有開 口，用于放置待測(cè)玉米果穗。(三)有益效果本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的玉米考種裝置具有省時(shí)、省力、快速以及高效等優(yōu)點(diǎn)，通 過兩塊反光鏡能夠一次成像玉米果穗的三個(gè)側(cè)面的圖像；載物臺(tái)配有稱重功能，無需其他 輔助稱重儀器；三個(gè)線性激光光源使用可區(qū)分玉米重疊部分的邊界；采集的圖片可用來提 取玉米果穗的穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、穗粒數(shù)、每行粒數(shù)、禿頂長(zhǎng)度、禿頂率等多個(gè)外觀參數(shù)，改善了 目前人工考種的眾多弊端。


圖1為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的基于機(jī)器視覺的玉米考種裝置俯視圖；圖2為依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的基于機(jī)器視覺的玉米考種裝置立體結(jié)構(gòu)示意 圖；圖3為使用依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的基于機(jī)器視覺的玉米考種裝置采集到的 玉米果穗圖像。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的基于機(jī)器視覺的玉米考種裝置，結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明如下。如圖1-2所示，依照本發(fā)明一種實(shí)施方式的基于機(jī)器視覺的玉米考種裝置包括 載物臺(tái)，用于承載并稱重待測(cè)玉米果穗，由托盤5以及托盤5中心用于插入固定待測(cè)玉米 果穗的頂針6組成，托盤5具有稱重功能；圖像采集單元1，與載物臺(tái)相對(duì)，用于采集待測(cè)玉 米果穗的圖像并將采集到的圖像傳送至處理單元；三個(gè)照明光源3，其連線呈正三角形，載 物臺(tái)置于該正三角形的中心，即三個(gè)照明光源3圍繞載物臺(tái)設(shè)置，且設(shè)置在彼此成120°的 位置，用于為圖像采集提供照明，三個(gè)照明光源3均為長(zhǎng)方體形LED光源，其中心位置均嵌 入分界光源2，分界光源2為線性激光光源，用于通過照射光將待測(cè)玉米果穗均勻分為三部 分；兩個(gè)反光鏡4，置于載物臺(tái)的與圖像采集單元1相對(duì)的另一側(cè)，其設(shè)置位置為能夠成像 設(shè)定部分的待測(cè)玉米果穗圖像，該設(shè)定部分為圖像采集單元1可直接采集到的待測(cè)玉米果 穗部分之外的部分；處理單元，用于向圖像采集單元1發(fā)送圖像采集命令，接收并處理圖像采集單元1采集的圖像。三個(gè)照明光源3同時(shí)開啟，使待測(cè)玉米果穗清晰，光線柔和，且能 夠通過內(nèi)嵌在照明光源3上的分界光源2的照射光線將玉米果穗分為均勻的三部分。兩 塊反光鏡4置于照明光源3與托盤5之間，其放置角度經(jīng)光學(xué)理論驗(yàn)證，恰好能夠成像到帶 有由分界光源2形成的兩條分界線的玉米果穗的側(cè)面，這樣圖像采集單元1能夠一次采集 到玉米果穗三個(gè)側(cè)面的圖像，即整個(gè)玉米果穗的圖像，包括直接采集到的部分圖像，以及采 集到的兩塊反光鏡4所成的部分圖像，分解光源2形成的分界線便于計(jì)算玉米行數(shù)時(shí)去掉 重疊區(qū)域。圖像采集單元1優(yōu)選為相機(jī)，設(shè)置在任意兩個(gè)光源連線的中線上，整個(gè)裝置的前 方，標(biāo)定好且物距固定，通過數(shù)據(jù)線與處理單元相連，進(jìn)行圖像的傳輸。處理單元優(yōu)選為計(jì) 算機(jī)。如圖2所示。整個(gè)裝置設(shè)置在為封閉空間的殼體內(nèi)，四個(gè)側(cè)面均固定好后，殼體上端 為可開啟部分，用于玉米果穗的放入和拿出。根據(jù)果穗長(zhǎng)度的大量統(tǒng)計(jì)，兩個(gè)反光鏡的高度 均至少為25cm。使用本發(fā)明的裝置進(jìn)行玉米考種時(shí)，一次能成玉米果穗三個(gè)側(cè)面的圖像，拍攝次 數(shù)少，拍攝時(shí)間短。拍攝結(jié)果如圖3所示，分界光源2的使用使得玉米果穗側(cè)面部分的分界 線明顯可見。照明光源3的使用使拍攝圖片顏色均勻，曝光性好。將玉米果穗通過頂針6 固定在托盤上穩(wěn)固性好且托盤配有的稱重功能能同時(shí)稱出果穗的重量，無需使用另外的儀 器，節(jié)省了成本和時(shí)間。用本裝置采集到的圖片可用來提取玉米穗的多個(gè)外觀形態(tài)參數(shù)，包 括穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、穗粒數(shù)、每行粒數(shù)、禿頂長(zhǎng)度、禿頂率等，圖3中玉米果穗的參數(shù)性狀提取 結(jié)果為，穗長(zhǎng)19. 2cm、穗行數(shù)18、穗粒數(shù)721、禿頂長(zhǎng)度0. 8cm、禿頂率4. 2% (30穗統(tǒng) 計(jì)值)，實(shí)測(cè)結(jié)果，穗長(zhǎng)19. lcm、穗行數(shù)18、穗粒數(shù)725、禿頂長(zhǎng)度0. 9cm、禿頂率4. 7% (30穗統(tǒng)計(jì)值)。由此可看出，本發(fā)明的裝置操作簡(jiǎn)單、攜帶方便、且實(shí)用性強(qiáng)。以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有 等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
一種基于機(jī)器視覺的玉米考種裝置，其特征在于，該裝置包括載物臺(tái)，用于承載并稱重待測(cè)玉米果穗；圖像采集單元，與所述載物臺(tái)相對(duì)，采集待測(cè)玉米果穗的圖像并將采集到的圖像傳送至處理單元；兩個(gè)反光鏡，置于載物臺(tái)的與所述圖像采集單元相對(duì)的另一側(cè)，其設(shè)置在能夠成像設(shè)定部分的待測(cè)玉米果穗位置處，所述設(shè)定部分為所述圖像采集單元采集到的待測(cè)玉米果穗部分之外的部分；處理單元，向所述圖像采集單元發(fā)送圖像采集命令，接收并處理所述圖像采集單元采集的圖像。三個(gè)光源，所述三個(gè)光源連線呈正三角形，所述載物臺(tái)置于所述正三角形的中心，用于為圖像的采集照明，并通過照射光線將待測(cè)玉米果穗均勻分為三個(gè)部分。
2.如權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺的玉米考種裝置，其特征在于，所述光源包括 照明光源，用于為采集圖像提供照明；分界光源，設(shè)置于所述照明光源中心，用于通過照射光線將待測(cè)玉米果穗均勻分為三 個(gè)部分。
3.如權(quán)利要求2所述的基于機(jī)器視覺的玉米考種裝置，其特征在于，所述照明光源為 LED光源，所述分界光源為線性激光光源。
4.如權(quán)利要求2所述的基于機(jī)器視覺的玉米考種裝置，其特征在于，所述圖像采集單 元置于所述三個(gè)照明光源中任意兩個(gè)照明光源連線的中線上。
5.如權(quán)利要求4所述的基于機(jī)器視覺的玉米考種裝置，其特征在于，所述兩個(gè)反光鏡 分別設(shè)置于所述圖像采集單元和與其正對(duì)的照明光源連線的兩側(cè)。
6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的基于機(jī)器視覺的玉米考種裝置，其特征在于，所述載 物臺(tái)包括托盤，用于稱重待測(cè)玉米果穗；頂針，設(shè)置在所述托盤中心，用于插入固定待測(cè)玉米果穗。
7.如權(quán)利要求6所述的基于機(jī)器視覺的玉米考種裝置，其特征在于，該裝置還包括 殼體，用于將該裝置的各部件固定置于其中，其上方設(shè)有開口，用于放置待測(cè)玉米果穗。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于機(jī)器視覺的玉米考種裝置，該裝置包括載物臺(tái)；圖像采集單元，與所述載物臺(tái)相對(duì)；兩個(gè)反光鏡，置于載物臺(tái)的與所述圖像采集單元相對(duì)的另一側(cè)，其設(shè)置在能夠成像所述圖像采集單元可直接采集到的待測(cè)玉米果穗部分之外的部分的位置處。本發(fā)明的裝置具有省時(shí)、省力、快速以及高效等優(yōu)點(diǎn)，通過兩塊反光鏡能夠一次成像玉米果穗的三個(gè)側(cè)面的圖像；載物臺(tái)配有稱重功能，無需其他輔助測(cè)重儀器；三個(gè)線性激光光源的使用可區(qū)分玉米重疊部分的邊界；采集的圖片可用來提取玉米果穗的穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、穗粒數(shù)、每行粒數(shù)、禿頂長(zhǎng)度、禿頂率等多個(gè)外觀參數(shù)，改善了目前人工考種的眾多弊端。
文檔編號(hào)A01C1/00GK101933417SQ20101022633
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者張?jiān)弃Q, 朱大洲, 畢昆, 王成, 王紀(jì)華 申請(qǐng)人:北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心