基于機(jī)器視覺的煙草打頂抑芽檢測(cè)控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于機(jī)器視覺的煙草打頂抑芽機(jī)檢測(cè)控制系統(tǒng)，屬于煙草田間管 理機(jī)械。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前我國(guó)煙草打頂抑芽作業(yè)基本靠人工完成，而人工打頂工作效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度 大，人為干擾因素明顯。而利用機(jī)器視覺技術(shù)，通過(guò)結(jié)合顏色特征提取和梯度差值判斷，可 W有效識(shí)別煙頂位置，利用工業(yè)控制機(jī)及單片機(jī)控制打頂裝置完成打頂抑芽作業(yè)，能夠提 高作業(yè)效率和作業(yè)效果。
[0003] 隨著機(jī)器視覺技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的不斷應(yīng)用，機(jī)器視覺技術(shù)在煙草農(nóng)業(yè)W及煙草工業(yè) 中的應(yīng)用日益得到關(guān)注，在煙葉面積測(cè)量、鮮煙葉含水量測(cè)定、煙葉分級(jí)、煙葉成熟度判斷、 煙葉除雜等方面不斷研究，并隨著機(jī)器視覺技術(shù)的成熟發(fā)展，機(jī)器視覺技術(shù)在質(zhì)量檢測(cè)、臨 控和分煉等生產(chǎn)過(guò)程得到大量發(fā)展，節(jié)省大量人力、物力，提高了生產(chǎn)效率，但目前煙草打 頂技術(shù)尚不成熟，打頂效率滿足不了煙草生產(chǎn)要求，因此，我們將機(jī)器視覺技術(shù)應(yīng)用到煙草 打頂抑芽作業(yè)中，不僅拓展機(jī)器視覺在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用范圍，而且對(duì)提高煙草生產(chǎn)率，發(fā)展煙 草智能化生產(chǎn)具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于機(jī)器視覺的煙草打頂抑芽機(jī)檢測(cè)控制 系統(tǒng)。將本發(fā)明安裝在現(xiàn)有煙草打頂抑芽機(jī)上，能夠快速實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煙頂高度，控制打頂裝置 完成精準(zhǔn)打頂作業(yè)，降低煙草打頂勞動(dòng)強(qiáng)度，提升煙草打頂效率，加快煙草作業(yè)的智能化進(jìn) 程。本發(fā)明可完成同時(shí)對(duì)兩行煙草進(jìn)行煙頂位置檢測(cè)及打頂抑芽作業(yè)，兩行作業(yè)互不干擾。
[0005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0006] -種基于機(jī)器視覺的煙草打頂抑芽機(jī)檢測(cè)控制系統(tǒng)，包括煙株頂端位置檢測(cè)系統(tǒng) 和打頂抑芽控制系統(tǒng)。所述煙株頂端位置檢測(cè)系統(tǒng)具有圖像采集，圖像處理和煙花頂端位 置定位的功能。所述打頂抑芽控制系統(tǒng)主要用于執(zhí)行工業(yè)控制機(jī)指令，控制打頂裝置移動(dòng) 和控制電磁閥的通電與斷開。
[0007] 所述煙株頂端位置檢測(cè)系統(tǒng)包括圖像采集模塊、圖像處理模塊、煙株頂端位置定 位模塊;所述圖像處理模塊、煙株頂端位置定位模塊存儲(chǔ)在工業(yè)控制機(jī)內(nèi)；所述圖像采集模 塊包括攝像頭和背景板，用于采集圖像信息;所述圖像處理模塊用于對(duì)圖像采集模塊得到 的圖像信息進(jìn)行分析處理，判斷確定煙株頂端的煙花位置;若檢測(cè)到煙花位置，將信息傳送 給煙株頂端位置定位模塊;所述煙株頂端位置定位模塊對(duì)煙花信息進(jìn)行定位，確定打頂裝 置需要移動(dòng)的距離。
[000引打頂抑芽機(jī)前端對(duì)稱安裝兩個(gè)打頂裝置，所述背景板沿?zé)焿欧较蜇Q直固定在兩個(gè) 打頂裝置中間，利用背景板消除采集圖像信息中其他顏色對(duì)煙花識(shí)別造成的干擾;兩個(gè)攝 像頭對(duì)稱固定在兩個(gè)打頂裝置外側(cè);攝像頭通過(guò)USB接線連接工業(yè)控制機(jī)；田間作業(yè)時(shí)，每 個(gè)打頂裝置對(duì)應(yīng)一行煙壟;背景板位于兩行煙壟正中間，每個(gè)攝像頭位于對(duì)應(yīng)一側(cè)煙壟的 外側(cè)，攝像頭對(duì)準(zhǔn)煙草植株，攝像頭采集圖像，并將采集到的圖像傳輸?shù)焦I(yè)控制機(jī)上;所 述背景板選取與潘通色卡TCX色卡上17-5430色號(hào)顏色一致的綠色印染布制作。
[0009] 所述圖像處理模塊對(duì)采集到的原始圖像中間第240列像素做為數(shù)據(jù)源進(jìn)行處理， 采用梯度差判別法從上往下計(jì)算該列每個(gè)像素點(diǎn)R數(shù)值與背景板的R數(shù)值之間的梯度差值 T，該列從上往下符合設(shè)定值Τ〉200的第一個(gè)像素點(diǎn)判定為檢測(cè)到煙花信息，即為煙株頂端 的煙花位置;若圖像中間列每個(gè)像素點(diǎn)梯度差值Τ<200,判定為沒有檢測(cè)到煙花信息。檢測(cè) 到煙花信息后，圖像處理模塊將煙花位置信息發(fā)送給煙株頂端位置定位模塊，同時(shí)圖像處 理模塊停止對(duì)圖像進(jìn)行處理。
[0010] 所述煙株頂端位置定位模塊對(duì)收到的煙花位置信息進(jìn)行計(jì)算處理，確定打頂裝置 到煙花位置進(jìn)行打頂?shù)囊苿?dòng)距離，并將移動(dòng)信息發(fā)送給單片機(jī)。
[0011] 所述打頂抑芽控制系統(tǒng)包括單片機(jī)、電源模塊、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、繼電 器和電磁閥；單片機(jī)接收到工業(yè)控制機(jī)發(fā)送的打頂裝置移動(dòng)距離，向步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器發(fā)送 脈沖信號(hào)，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)控制煙草打頂機(jī)的打頂裝置移動(dòng)到指定位置完成打頂作業(yè)；當(dāng)電 磁閥隨打頂抑芽機(jī)前行到位于剛完成打頂?shù)臒熁ㄉ隙宋恢脮r(shí)，單片機(jī)向繼電器發(fā)出信號(hào)， 繼電器通電，控制電磁閥完成噴灑抑芽劑的動(dòng)作;噴灑動(dòng)作完成后，單片機(jī)向工業(yè)控制機(jī)發(fā) 送信號(hào)，圖像處理模塊開始對(duì)下一個(gè)圖像的檢測(cè)處理，W完成下一個(gè)噴灑抑芽劑的動(dòng)作。
[0012] 每個(gè)打頂裝置安裝一個(gè)打頂抑芽控制系統(tǒng)。所述單片機(jī)通過(guò)RS232串口通訊與工 業(yè)控制機(jī)相連，單片機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)有打頂裝置控制模塊和抑芽劑噴灑控制模塊，打頂裝置控制 模塊用于控制打頂裝置的升降；抑芽劑噴灑控制模塊用于控制電磁閥的通電與斷開;作業(yè) 時(shí)可根據(jù)打頂機(jī)行進(jìn)速度確定抑芽劑噴灑量及延遲時(shí)間。
[0013] 所述單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)、繼電器、電源模塊固定在煙草打頂抑芽 機(jī)前端兩個(gè)打頂裝置之間;所述步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器一端連接單片機(jī)，另一端連接步進(jìn)電機(jī);步 進(jìn)電機(jī)另一端連接打頂裝置;所述繼電器一端連接電磁閥，另一端連接單片機(jī);所述電磁閥 固定在打頂裝置后面，電磁閥通過(guò)管道連接煙草打頂抑芽機(jī)上的藥箱，藥箱內(nèi)裝有抑芽劑； 所述電源模塊連接煙草打頂機(jī)上的電瓶，給單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、步進(jìn)電機(jī)、電磁閥和 繼電器供電。
[0014] 每個(gè)打頂裝置的打頂抑芽檢測(cè)控制系統(tǒng)分別完成該打頂裝置對(duì)應(yīng)一壟煙草植株 的圖像采集、處理、煙花頂端位置定位、控制打頂裝置打頂及噴灑抑芽劑工作，兩行作業(yè)互 不干擾。
[0015] 本發(fā)明提供一種基于機(jī)器視覺的煙草打頂機(jī)的檢控制測(cè)系統(tǒng)，其中煙株頂端位置 檢測(cè)系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確檢測(cè)出煙株的頂端位置，打頂抑芽控制系統(tǒng)能夠精確控制打頂裝置完成 對(duì)煙株的頂端打頂抑芽工作，打頂抑芽效果滿足煙草打頂農(nóng)藝要求。本發(fā)明對(duì)初花期煙苗 植株的識(shí)別率高，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)、高效、自動(dòng)化作業(yè)，不僅降低了煙草打頂勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)提升 煙草機(jī)械的智能化水平。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖
[0017] 圖2為本發(fā)明的工作流程圖
[001引圖3為煙草圖像G分量Ξ維圖
[0019] 圖4為煙草圖像B分量Ξ維圖
[0020] 圖5為煙草圖像R分量Ξ維圖
[0021] 圖6為本發(fā)明的煙草定位方式圖
[0022] 圖中：1.工業(yè)控制機(jī)2.煙苗3.攝像頭4.單片機(jī)5.電機(jī)驅(qū)動(dòng)器6.步進(jìn)電機(jī)7. 打頂裝置8.繼電器9.電磁閥10.背景板
【具體實(shí)施方式】
[0023] 實(shí)施例1
[0024] W下【具體實(shí)施方式】用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
[0025] 本發(fā)明所設(shè)及到控制系統(tǒng)硬件部分如工業(yè)控制機(jī)、攝像頭、單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng) 器、步進(jìn)電機(jī)、電磁閥均可市購(gòu);如本實(shí)施例使用的工業(yè)控制機(jī)為索奇T1217工控機(jī)，攝像頭 型號(hào)為普通民用攝像頭，分辨率為640*480,單片機(jī)為89C52R單片機(jī)，步進(jìn)電機(jī)為 86BYGH450C-02步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器為CF20611D驅(qū)動(dòng)器。本發(fā)明所設(shè)及的各種控制模 塊均可根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行編程，利用keil軟件完成對(duì)相關(guān)控制程序的編程，W實(shí)現(xiàn)其控制 功能。
[0026] 如圖2所示是檢測(cè)控制系統(tǒng)的工作流程圖，本發(fā)明的煙草打頂抑芽機(jī)檢測(cè)控制系 統(tǒng)，工作時(shí)包括兩個(gè)步驟:煙株頂端位置檢測(cè)和控制打頂機(jī)械完成打頂抑芽作業(yè)。使用時(shí)， 將本發(fā)明安裝在煙草打頂抑芽機(jī)上。具體工作步驟如下：
[0027] 1.工作前，通過(guò)調(diào)整攝像頭的焦距改變攝像頭的視野范圍，使普通攝像頭(3)在背 景板（10)上采集的煙草圖像高度為40cm，打頂裝置起始位置與攝像頭視野范圍最低端平 行。打開工業(yè)控制機(jī)(1)內(nèi)的煙草打頂抑芽檢測(cè)控制系統(tǒng)，同時(shí)打開單片機(jī)(4)。
[0028] 2.煙株圖像采集。田間作業(yè)時(shí)，背景板（10)位于兩行煙壟正中間，每個(gè)攝像頭(3) 位于對(duì)應(yīng)一側(cè)煙壟的外側(cè)，當(dāng)煙草打頂抑芽機(jī)前進(jìn)時(shí)，圖像采集模塊的普通攝像頭(3)采集 煙草植株的圖像信息，并通過(guò)usb線將圖像傳輸?shù)焦I(yè)控制機(jī)(1)上。
[0029] 3.圖像處理。工業(yè)控制機(jī)上的圖像處理模塊讀入原始圖像，對(duì)原始圖像進(jìn)行處理， 抓取原始圖像中間第240列像素為數(shù)據(jù)源，提取該列數(shù)據(jù)源的顏色特征中R數(shù)值，并從上往 下對(duì)該列每個(gè)像素點(diǎn)R數(shù)值與背景板的R數(shù)值求得梯度差值T，若該列每個(gè)像素點(diǎn)梯度差值T <200,判定為沒有檢測(cè)煙株頂端位置的煙花信息，若當(dāng)某列中某像素點(diǎn)差值滿足Τ〉200時(shí)， 判定為檢測(cè)到了煙株頂端煙花