專利名稱：：種子計數(shù)和頻率測量設(shè)備及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于確定種子流中的種子的計數(shù)和頻率的裝置和方法，更具體地，涉及當(dāng)播種裝置放下種子或谷粒時，用于精確測量快速且分散的種子流或谷粒流中的種子或谷粒的數(shù)目和頻率的小型裝置和方法。
背景技術(shù)：
：播種裝置用于從一批種子中放下或植入單個種子。這樣的播種裝置典型地是安裝在諸如拖拉機之類的運輸車輛上或者被拖在諸如拖拉機之類的運輸車輛后面的機械裝置，并且當(dāng)該車輛穿過大的田野時，該播種裝置成行地分配種子。從播種裝置中分配單個種子的速率與運輸車輛的移動速度相關(guān)。播種機的放下速率受各種類型的計量裝置控制，并且取決于車輛速度。例如，當(dāng)車輛以大約10km/小時的速度穿過田野時，可以對播種裝置進(jìn)行設(shè)定，以達(dá)到想要的種子放下速率。實際上，典型的現(xiàn)代播種機以每秒大約10個和大約20個種子之間的速率放下單個種子。這樣的播種裝置以想要的和基本上恒定的速率分配種子的能力對農(nóng)民和種植者來說是關(guān)鍵的，以便在播種區(qū)域上均勻且適當(dāng)?shù)厣⒉ゴ罅康姆N子，以獲得想要的每英畝產(chǎn)量。因此，對于農(nóng)民和種植者來說播種裝置的適當(dāng)調(diào)整和校準(zhǔn)是重要的。為了對這種播種裝置進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整和校準(zhǔn)，當(dāng)從播種裝置中分配種子時，需要適當(dāng)?shù)販y量種子流中的種子計數(shù)和頻率。然而，由于播種裝置的快速饋送速率，精確的測量可能很困難。種子生產(chǎn)者通常在播種之前對種子和谷粒進(jìn)行預(yù)處理，以便增強種子或谷粒的一種或更多種性質(zhì)。這種種子處理例如可以包括在每一種子或種仁的外表面上施加處理包衣。當(dāng)常規(guī)的播種裝置被用來播種處理過的種子時，某些表面包衣成分會影響這種裝置的播種精度或播種特性。例如，處理包衣可能改變種子的天然表面粗糙度或平滑度，或者可能導(dǎo)致種子之間不想要的粘連，從而影響處理過的種子和播種裝置之間的交互作用。因此，需要精確評估具體的種子處理對播種裝置的性能的影響，以便可以確定最優(yōu)的處理成分和包衣工藝，并且使得對于特定類型的處理過的種子可以知道播種裝置的最優(yōu)設(shè)定。其他人已探索了用于確定種子流中的種子的計數(shù)和頻率的各種技術(shù)和裝置。這種裝置和方法用來測量播種裝置所分配的種子的數(shù)量和頻率。這種裝置對校準(zhǔn)和測試播種裝置也是有用的，以確?？煽考白顑?yōu)的性能。一種這樣的裝置是一種移動潤滑皮帶，在播種裝置放下種子時該移動潤滑皮帶捕獲種子。利用這種裝置，皮帶上的種子和谷粒的數(shù)量和間距指示有效的放下速率。遺憾的是，潤滑皮帶計數(shù)器對于測量大量樣本的饋送速率來說是無效的。其他已知的測量裝置包括電子測量系統(tǒng)，當(dāng)種子從滑槽被分配時，該電子測量系統(tǒng)利用紅外傳感器等來感測通過管子或滑槽的種子、谷粒、或種仁的經(jīng)過。遺憾的是，已知的電子測量裝置典型地使用具有有限的圖像捕獲能力的單個光傳感器。例如，這種裝置不能有效地對基本上同時從傳感器旁邊通過的兩個相鄰物體進(jìn)行計數(shù)。另外，通過用于計數(shù)的窄管子或滑槽把顆粒集中在一起可能影響被測量的顆粒的流動。因此，已知的電子測量裝置不足夠準(zhǔn)確，并且不能夠提供足夠精確的播種頻率的測量來確保播種裝置的最優(yōu)性能。因此，需要精確測量播種裝置的輸出量和頻率的播種測量裝置和方法。這樣的裝置應(yīng)當(dāng)具有大約99%或更高的計數(shù)精確度，并且應(yīng)當(dāng)能夠?qū)⒎N子或谷粒與通常發(fā)現(xiàn)與種子或谷?；旌显谝黄鸬妮^小塵?；蚱渌‰s質(zhì)區(qū)分開.這樣的裝置和方法還應(yīng)當(dāng)能夠在直接從播種裝置中輸出種子或谷粒時捕獲關(guān)于播種頻率的數(shù)據(jù)，并且不需要種子通過限制性的管子或漏斗。另外，該裝置和方法應(yīng)當(dāng)能夠測量具有相當(dāng)大的寬度和深度的快速種子或谷粒流中的種子和谷粒的計數(shù)和頻率。例如，該裝置和方法應(yīng)當(dāng)能夠?qū)焖僖苿拥姆N子流中的種子進(jìn)行計數(shù)，所述種子流具有大于平均種子大小高達(dá)大約60倍的寬度和深度的流。另外，為了田野中的便利使用，該裝置應(yīng)當(dāng)是小型和便攜的。
發(fā)明內(nèi)容一種小型的種子計數(shù)系統(tǒng)包括成像區(qū)、圖像傳感器、透鏡、以及光學(xué)距離延長器。光學(xué)距離延長器位于成像區(qū)和透鏡之間。光學(xué)距離延長器有效地增加了成像區(qū)和透鏡之間的光學(xué)距離，使得有效的光學(xué)距離基本上大于成像區(qū)和透鏡之間的物理距離。當(dāng)種子通過成像區(qū)時，這種延長了的光學(xué)距離提供了用于使種子成像的增加的視野深度。在另一實施例中，本發(fā)明包括用于對隔開的顆粒的流中的預(yù)定顆粒大小的顆粒進(jìn)行計數(shù)的方法，所述顆粒的流具有至少大于顆粒大小大約10倍的流寬度。所述方法包括使顆粒的流通過具有等于或大于流寬度的孔深度的孔。所迷方法進(jìn)一步包括當(dāng)顆粒的流通過所述孔時，捕獲顆粒的流中基本上每一顆粒的基本上聚焦的圖像，而不論顆粒在所述孔中的位置如何。另外，所述方法包括分析捕獲到的顆粒圖像來確定顆粒流的至少一個特性。本發(fā)明的另一實施例包括小型的種子計數(shù)設(shè)備，所述計數(shù)設(shè)備包括用于在具有流的平均軸的基本上分散的種子流中獲取基本清晰的種子圖像的裝置。用于獲取基本清晰的圖像的裝置能夠獲取流中每一種子的基本清晰的圖像，而不論種子與流的軸的距離如何。本發(fā)明的再一實施例包括顆粒頻率測量設(shè)備。所述設(shè)備包括其中具有孔的外殼、位于所迷孔的第一側(cè)的圖像傳感器、以及在與笫一側(cè)相對的所迷孔的第二側(cè)上的光源，透鏡把來自光源的光聚焦在圖像傳感器上，并且所述透鏡被定位于距所述孔第一距離處。所述透鏡和所述孔之間的一對相對的反射鏡反射來自光源的光，使得光在到達(dá)所述透鏡之前必須傳播基本上大于第一距離的距離。圖1是依據(jù)本發(fā)明的測量裝置的一個實施例在測量從典型的播種裝置中的種子分配的期間的透視圖。圖2是沿著圖3中的線2-2得到的、依據(jù)圖l示出的本發(fā)明的測量裝置的一個實施例的正視剖視圖。圖3是沿著圖2中的線3-3得到的、圖l和2的測量裝置的頂視剖視圖。圖4是示出了用在圖l-3的測量裝置中的電荷耦合器件(CCD)的功能的框圖。圖5A是示出了圖1-3的測量裝置的各種電子部件之間的關(guān)系的框圖。圖5B是示出了用在圖1-3的測量裝置中的電子模擬單元的詳細(xì)情況的框圖。圖5C是示出了用在圖1-3的測量裝置中的電子濾波器和計數(shù)器的詳細(xì)情況的框圖。圖6是圖l-3的測量裝置的圖像數(shù)據(jù)分析的曲線圖表示，以確定種子計數(shù)和定時/頻率。圖7是圖l-3的測量裝置的一系列光學(xué)掃描的曲線圖表示。圖8a-8c是類似于圖1-3但是具有較淺的視野深度的測量裝置的示意性表示。圖9a和9b是圖l-3的測量裝置的增加的視野深度的圖示。圖10是示出了依據(jù)本發(fā)明測量種子頻率和計數(shù)的方法的一個實施例的流程圖。具體實施方式在圖1-3中示出了依據(jù)本發(fā)明的種子計數(shù)和頻率測量裝置10的一個實施例。在圖1中，裝置IO位于典型的播種裝置的分配部16下方。在播種裝置16的操作期間，單個種子以基本上恒定的間隔從種子分配開口15中離開裝置16。測量裝置IO位于分配開口15下方，使得分配的種子通過定義了種子測量區(qū)域的孔18而落下。通過夾具14或任何其他合適的支撐裝置，諸如銷栓等，把裝置10固定在種子分配開口15下方的位置上。通過串行通信電纜13把測量裝置10收集的測量數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)程計算機等上。作為替換方案，可以把測量數(shù)據(jù)無線傳送到遠(yuǎn)程計算機上。測量裝置10適于對具有基本均勻大小的種子流的定時和頻率進(jìn)行計數(shù)和測量。例如，當(dāng)種子流或種仁流離開播種裝置16時，測量裝置10能夠?qū)ΨN子或種仁的頻率進(jìn)行計數(shù)和測量。作為在此所使用的，術(shù)語"種子"應(yīng)當(dāng)意味著具有基本均勻大小并適于播種的多個相似的種子、谷粒、或者種仁。這種種子例如可以包括諸如平均直徑大約lmm的芥花籽(canola)種子之類的小種子、以及諸如平均直徑大約5mm的谷物或玉米種仁之類的大種子。如圖2和3所示，裝置10包括外殼12。種子接收孔18貫穿外殼12的一部分，并定義了種子測量區(qū)域?？缀头N子測量區(qū)域18被示為圖3中的交叉陰影線區(qū)域，在示出的實施例中，孔18具有根據(jù)裝置IO要測量的種子的平均直徑的大約IO倍到大約60倍的(在"x"方向上測量的)寬度和(在"z"方向上測量的)深度?？梢杂娩X或者任何其他合適的材料來構(gòu)成外殼12。在一個實施例中，外殼12的至少某些內(nèi)表面被涂黑，以最小化外殼12內(nèi)的光反射。優(yōu)選地，測量裝置10具有小型的大小和外形，以便裝置10高度便攜并且易于定位并安裝在類似于圖1所示的測量位置上。在圖1-3示出的實施例中，例如，裝置10可以是大約360mm(大約14.2英寸)長，大約98mm(大約3.9英寸)高，以及大約72mm(大約2.8英寸)寬。在這個實施例10中，這個孔18大約58mmx大約58mm(大約2.3英寸x2.3英寸)?？?8比諸如谷物或玉米種仁之類的可由裝置10測量的大種子的平均直徑更寬和更深大約10倍，并且孔18比諸如芥花籽種子之類的可由裝置IO測量的小種子的平均直徑更寬和更深大約60倍。如圖2和3所示，在孔18的第一側(cè)上提供光源32。光源32基本上可以延伸穿過圖3中示出的孔18的全部寬度。光源32可以是任何源，其能夠在種子通過孔18時提供足夠的光，以允許裝置10充分地檢測預(yù)先選擇的大小的種子，如下面更充分地所描述的。適于用在圖1和2中示出的測量裝置10的實施例中的一種光源32是可從Kingbright乂〉司買到的、二十二(22)個KingbrightPartNo丄國934SRC-GredultrabrightLED燈的陣列。鄰近于與光源32相對的外殼12的一端提供圖像感測裝置40。圖像感測裝置40可以是在顆粒通過孔18時，能夠充分地感測顆粒的圖像的任何光學(xué)傳感器。術(shù)語"圖像"在此用來指物體的光學(xué)或視覺表示或再現(xiàn)，并且可以包括例如物體的輪廓。在圖2和3示出的實施例10中，圖像感測裝置40是電荷耦合裝置(CCD)。CCD傳感器40包括把光轉(zhuǎn)換成電荷的多個光敏半導(dǎo)體元件(像素)。可買到的一種用在測量裝置10中的CCD是可從TexasAdvancedOptoelectronicSolution有限公司買到的TAOSModelNo.TSL202。TSL202CCD具有兩個64像素陣列。在圖4中示出了CCD40的光感測操作.照射在像素42上的光產(chǎn)生光電流，然后與像素42相關(guān)聯(lián)的有源積分電路43對該光電流進(jìn)行積分。在積分期間，采樣電容器通過模擬開關(guān)連接到積分器的輸出。在每一像素42、44、46、48上累積的電荷量直接與該像素上的光強度和積分時間成比例。CCD傳感器40內(nèi)部的移位寄存器47以規(guī)則的時鐘間隔把從每一像素42、44、46、48等中累積的電荷移位到相鄰像素。為了從傳感器中提取模擬信號，需要128個時鐘脈沖來讀整個寄存器43。因此，電荷的每一"包"沿著陣列40的硅襯底而過。一旦輸入信號到達(dá)陣列中最后的像素48，就把電荷轉(zhuǎn)換成電壓并由輸出放大器50進(jìn)行放大，以產(chǎn)生輸出模擬信號"AO"。在圖2和3示出的實施例10中，物鏡24把來自于孔18內(nèi)的測量區(qū)域的光圖像投影到圖像傳感器40上。相對于圖像傳感器40來固定物鏡24的位置?？?8內(nèi)的物體阻斷了來自于光源的光，并且阻止某些光到達(dá)圖像傳感器40。因此，物體向圖《象傳感器呈現(xiàn)為黑暗形狀或陰影。在一個實施例10中，透鏡24可以是Jos.SchneiderOptischeWerkeGmbH生產(chǎn)的Componon-S5,6/135透鏡，其具有135mm的焦距。在進(jìn)入物鏡24之前，來自于光源32的光通過窄縫19到達(dá)第一反射鏡20，然后穿過第一反射鏡20和相對的第二反射鏡22所創(chuàng)建的延長的光學(xué)路徑。笫一和第二反射鏡20、22組合構(gòu)成光學(xué)距離延長器。在示出的實施例10中，兩個反射鏡20、22基本上相互平行，并且從垂直位置傾斜大約3度。把第二反射鏡22安置在第一反射鏡20略微之下。優(yōu)選地，每一反射鏡20、22在其內(nèi)側(cè)面上具有反射層，即，在面向另一反射鏡20、22的表面上具有反射層。在反射鏡20、22的相鄰面上具有反射層防止了否則可能由反射鏡20、22的玻璃襯底的折射所引起的圖像失真。在示出的實施例10中，反射鏡大約65mm高、大約39.5mm寬、以及大約2mm厚。在這種安排中，來自于光源32的光照射到第一反射鏡20的反射面上，并被反射向第二反射鏡22的反射面。光重復(fù)地在反射鏡20、22之間來回反射，直到光從第二反射鏡22的下部反射，通過第一反射鏡20下方，并進(jìn)入物鏡24為止。在示出的實施例10中，光在前進(jìn)至透鏡24之前來回反射了大約18次.以這種方式，基本上增加了孔18的中心和透鏡24之間的有效光學(xué)距離。在圖l和2示出的實施例10中，透鏡24與孔18的中心之間的物理距離1是大約75mm(大約3英寸)。然而，光必須從孔18的中心，經(jīng)過反射鏡20、22之間，并傳播到透鏡24的總的光學(xué)距離是大約703mm(大約27.7英寸)。因此，在示出的實施例中，透鏡24和孔18的中心之間的光學(xué)距離比透鏡24和孔18之間的實際物理距離Ll多了大約9倍到大約IO倍。在其他實施例中，孔18和透鏡24之間的有效光學(xué)距離與實際距離的比率可以從大約5:l到大約20:1。在再一實施例中，該比率可以是大約7:1到大約15:1，或者更優(yōu)選地，大約8:1到大約12:1。下面將討論這種延長的光學(xué)距離對于小型裝置10獲取顆?；蛘叻N子的清晰圖像、從而對顆?；蚍N子進(jìn)行計數(shù)的能力的重要性。有效光學(xué)距離的增加需要縫19的寬度的相應(yīng)增加，以提供較寬的有效成像區(qū)。另外，有效光學(xué)距離的增加還需要光源32的強度的相應(yīng)增加?？梢酝ㄟ^變更反射鏡20、22之間的距離和/或反射鏡20、22的傾斜度來改變有效光學(xué)距離。測量裝置10進(jìn)一步包括電子模塊30。如圖5a所示，電子模塊30包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器50、硬件濾波器60、以及微處理器或微控制器70。向轉(zhuǎn)換器50輸入來自于圖像傳感器40的模擬輸出信號"AO"。轉(zhuǎn)換器50對模擬信號進(jìn)行放大，使模擬信號通過比較器級，并產(chǎn)生相對應(yīng)的數(shù)字信號(RES)，該數(shù)字信號被送入濾波器60。濾波器60從數(shù)字信號中移除某些數(shù)據(jù)(如下所述)，并向微控制器70輸入最終濾波后的最終信號(OUT)。在示出的實施例30中，控制器70包括時鐘72、計數(shù)器74、以及數(shù)據(jù)輸出端口76。輸出端口76可以例如是用于向遠(yuǎn)程計算機80傳送數(shù)據(jù)的RS232串行端口。作為替換方案，輸出端口76可以是用于向遠(yuǎn)程無線接收器傳送數(shù)據(jù)的無線發(fā)送單元等?？刂破?0控制圖像傳感器40的操作，并為傳感器40、模擬轉(zhuǎn)換器50、以及濾波器60提供時鐘。.在圖5b中示出了模擬轉(zhuǎn)換器單元50。來自于CCD傳感器40的模擬信號AO通過放大器51。放大后的信號被傳到模擬比較器52，并與閾值電壓電平相比較，以定義僅具有兩個電平(光和陰影)的信號。模擬比較器52M擬信號AO轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后用D型觸發(fā)器數(shù)字邏輯裝置54對該數(shù)字信號進(jìn)行處理。為了消除CCD傳感器40的構(gòu)造中所固有的毛刺，把來自于比較器52的輸出信號與CCD傳感器40的系統(tǒng)時鐘進(jìn)行同步。需要短暫的時間延遲，以允許以穩(wěn)定的電平測量來自于CCD傳感器40的信號AO。來自于觸發(fā)器裝置54的輸出的信號RES56代表掃描(如圖6所示的那樣)中的所有種子。來自于觸發(fā)器裝置54的輸出的信號RES56通過硬件濾波器級。參考圖5c，信號RES56用來對信號CLK72驅(qū)動的自由運行計數(shù)器74進(jìn)行復(fù)位，每當(dāng)?shù)碗娖叫盘柋皇┘拥接嫈?shù)器74的RES引腳時，計數(shù)器74復(fù)位并停止計數(shù)。當(dāng)在RES引腳接收到高電平信號時，計數(shù)器74開始從0進(jìn)行計數(shù)，直到信號RES56切換回低電平。當(dāng)計數(shù)器值"B"達(dá)到與數(shù)據(jù)"A"相同的值時，相等比較器59產(chǎn)生用于恰好一個時鐘周期的信號"OUT"53。如果在A=B之前對計數(shù)器值進(jìn)行復(fù)位，則不產(chǎn)生信號。如果數(shù)據(jù)"A"皮設(shè)為O，則出現(xiàn)特定條件。在這種情況下，信號RES56和信號OUT53恰好相同，并且無濾波結(jié)果。圖6例示了電子模塊30對來自于圖像傳感器的數(shù)據(jù)信號100的處理。模擬信號100表示用于圖像傳感器40所捕獲的"一幀"的典型的輸出信號AO。一幀是孔18的全部寬度的光學(xué)掃描。模擬信號100包括兩個相對強的圖像脈沖102、106，以及兩個相對弱的圖像脈沖104、108。脈沖表示在掃描期間由于阻擋物體而導(dǎo)致的撞擊圖像傳感器40的光的缺失，因此呈現(xiàn)為圖6示出的模擬信號100中的反向脈沖。圖像脈沖的強度用脈沖寬度(如時鐘72所測量的持續(xù)時間)、和反向脈沖的幅度(捕獲圖像的暗度)來表示。較強的圖像脈沖102、106表示具有充分大小的兩個顆?；蚍N子的捕獲圖像，而較弱的圖像104、108表示諸如塵粒之類的兩個較小物體的捕獲圖像，當(dāng)模擬數(shù)字信號100通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器50時產(chǎn)生數(shù)字化的信號300。如圖6所示，數(shù)字化的信號300包括與模擬信號100中的反向脈沖102、104、106以及108相對應(yīng)的四個矩形脈沖302、304、306、308，該反向脈沖低于預(yù)定的閾值幅度。類似于模擬信號100，數(shù)字化的信號300包括表示相對大的顆?；蚍N子的兩個較強(寬)脈沖302、306，以及表示小塵粒的兩個相對弱(窄)的脈沖304、308。當(dāng)對數(shù)字化的信號300進(jìn)行積分時，產(chǎn)生增大的計數(shù)器值400，其包括兩個大的鋸齒波峰402、406和兩個較小的鋸齒波峰404、408，其中大的鋸齒波峰402、406與數(shù)字化的信號300中較寬矩形脈沖302、306下方的面積相對應(yīng)并表示相對大的顆?；蚍N子，而較小的鋸齒波峰404、408與表示較小塵粒的較窄矩形脈沖304、308下方的面積相對應(yīng)。因為較小的峰值404、408不符合或超出預(yù)先選擇的最小脈沖寬度，所以濾波器60消除了這些峰值并產(chǎn)生最終的輸出信號或計數(shù)信號500。最終的輸出信號500包括與積分后的信號400中兩個大峰值402、406相對應(yīng)的兩個矩形脈沖502、506。從濾波器60向計數(shù)器74送入最終的輸出信號500。作為替換方案，如果濾波器60的預(yù)先選擇的濾波寬度被設(shè)為O，則把數(shù)字信號302直接傳到微處理器70，并且裝置10將對4個種子而不是兩個種子進(jìn)行計數(shù)。因此，沒有了濾波器60，諸如塵粒之類的小物體將連同種子一起被計數(shù)。在濾波后，信號OUT500的每一上升和下降沿的序列表示掃描中的種子，并具可以被微控制器70中的內(nèi)部計數(shù)器58進(jìn)行計數(shù)。圖7示出了當(dāng)諸如種子之類的顆粒通過孔18時，測量裝置10如何對顆粒進(jìn)行掃描和計數(shù)。在圖7中，當(dāng)兩個種子610、620和一個塵粒630基本上同時通過孔18時，線600-605中的每一條表示與圖像傳感器40對孔18的一系列連續(xù)光學(xué)掃描中的一個掃描相對應(yīng)的信號。在第一掃描("n")中，圖像傳感器40檢測不到物體圖像，并且送入計數(shù)器的最終的輸出信號600是不包括可計數(shù)脈沖的平坦線。在第二掃描("n+l，，)中，自從完成了孔的第一掃描以來，圖像傳感器40已檢測到已落入傳感器40的視線路徑中的塵粒630。第二掃描導(dǎo)致數(shù)字化的信號601a和最終的平坦輸出信號601b的產(chǎn)生，其中該數(shù)字化的信號601a包括單個窄矩形脈沖。輸出信號601b不包括可計數(shù)的脈沖，這是因為與塵粒630相對應(yīng)的數(shù)字化的信號601a中的單個矩形脈沖被確定為太窄以致于不能表示種子，并且從最終的信號601b中被過濾掉。在笫三掃描("n+2")中，圖像傳感器40檢測到第一種子610的狹窄底部和第二種子620的寬部，如數(shù)字化的信號602a所指示。由于與數(shù)字化的信號602a中第一種子610相對應(yīng)的矩形脈沖的相對較窄的寬度，該脈沖從最終的信號602b中被過濾掉。因此，最終的信號602b僅包括與第二種子620相關(guān)聯(lián)的單個脈沖。在笫四掃描("n+3")中，圖像傳感器40檢測到笫一和第二種子610、620的寬部。因此，在對數(shù)字化的信號603a進(jìn)行濾波之后，最終的信號603b包括與兩個種子610、620相關(guān)聯(lián)的兩個計數(shù)脈沖。在第五掃描("n+4")的時候，第二種子已經(jīng)過了圖像傳感器40的視線，并且傳感器40只檢測到第一種子610的寬部。因此，數(shù)字化的信號604a和最終的信號604b各自包括與第一種子相關(guān)聯(lián)的單個矩形脈沖。在最后的掃描("n+5")的時候，兩個種子均已通過傳感器40的視線，并且最終的信號605不包括計數(shù)脈沖。下面的表1表示了如何用控制器70和計數(shù)器74分析圖像數(shù)據(jù)以確定該數(shù)據(jù)所表示的種子的數(shù)目，其中該圖像數(shù)據(jù)用如圖7所示的最終的信號600、601b、602b、603b、604b、以及605來表示。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>在表1中，標(biāo)示為"種子#1計數(shù)"和"種子#2計數(shù)"的列分別表示在每一光學(xué)掃描"n"到"n+5"的最終的計數(shù)信號中，第一種子610和第二種子620的計數(shù)脈沖的存在與否。表1中的計數(shù)器控制器值是包括在對于每一掃描的每一最終計數(shù)信號中的計數(shù)脈沖的總數(shù)(即，列"種子#1計數(shù)"和"種子#2計數(shù)"的和)。微處理器控制器70如表1的最后一列所指示的那樣確定每一掃描的最終結(jié)果。對于每一光學(xué)掃描，處理器70從緊接在前的掃描的控制器計數(shù)器值中減去現(xiàn)在掃描的當(dāng)前控制器計數(shù)器值。如果凈得結(jié)果是正數(shù)(>0)，則把凈得結(jié)果作為確定出的種子數(shù)量報告。如表1所示，圖7中示出的一系列掃描準(zhǔn)確地得到兩個最終的種子計數(shù).系統(tǒng)微處理器70以具有下列格式的數(shù)據(jù)流向遠(yuǎn)程計算機80報告種子計數(shù)數(shù)據(jù)TIMECOUNTS/SCANCACHE\r\nstartofanewmeasurement(開始新測量)00024A9C0100\r\nfirstseeddetected(檢測到第一種子)00024AEF0100\r\nsecondseed(第二種子)00024B420200\r\ntwoseedsinthesamescan(同一掃描中的兩個種子)00024B960102\r\ntwomoredatasetstoread(要讀取的更多的兩個數(shù)據(jù)集)在上述的數(shù)據(jù)流中，時間數(shù)據(jù)是與從測量開始以來的絕對時間相對應(yīng)的32位的數(shù)字(HEX格式)。因此，捕獲到的數(shù)據(jù)包括種子流中連續(xù)的種子之間經(jīng)過的時間間隔，并且可以被處理以計算種子頻率的各個方面，諸如平均頻率和統(tǒng)計頻率分布。時間分辨率可以是大約400微秒，其等同于大約2500Hz的圖像傳感器掃描速率。在這個掃描速率上，每秒對由孔18所定義的測量區(qū)域連續(xù)掃描2500次。高頻掃描速率允許裝置10能夠有效地測量以高速流動速率流動的種子或其他顆粒。在一個實施例中，微處理器70向遠(yuǎn)程計算機80提供數(shù)據(jù)，該遠(yuǎn)程計算機80產(chǎn)生測量到的參數(shù)的報告，其包括數(shù)據(jù)的統(tǒng)計評價。如上述實例所示，裝置10能夠?qū)旧贤瑫r通過孔18的多個顆粒或種子進(jìn)行計數(shù)。因此，裝置IO能夠精確地對從播種設(shè)備中分配的種子進(jìn)行計數(shù)，盡管這樣的設(shè)備至少可能偶爾一次饋送兩個或更多個相鄰的種子(所謂的"加倍")。因此，裝置10對于測量設(shè)備在給定時間內(nèi)播種的種子的數(shù)量和毛重來說是特別有用的。此外，裝置10在評價各種種子處理對常規(guī)播種裝置的播種精度的影響方面是特別有用的。此外，裝置IO在針對某些種子類型和處理成分確定用于播種裝置的最優(yōu)硬件設(shè)定方面也很有用，諸如手指拾取式(fingerpick-up)播種機上的彈簧張力、真空式播種機上的真空程度和刮刀(scraper)位置、驅(qū)動速度對播種精度的影響、等等，如現(xiàn)有技術(shù)中所公知的，由相對的反射鏡20、22所創(chuàng)建的延長的光學(xué)距離可以增強裝置10檢測通過孔18的顆?；蚍N子的能力，并且不論顆粒在孔18中的位置如何。為了例示這個效果，在圖8a-8c中示出了類似于上述的測量裝置10但沒有反射鏡20和反射鏡22的小型光學(xué)測量裝置600。類似于當(dāng)前裝置10，裝置600包括定義了測量區(qū)域的孔618、光源632、透鏡624、以及圖像傳感器640。在距孔618的中心距離L2處固定透鏡624，并且在距透鏡624距離！^處固定圖像傳感器640。選定透鏡624和距離L與L2，使得通過孔618中心的種子690的精確聚焦圖像被投影在圖像傳感器640上。因此，當(dāng)種子或顆粒690基本上通過孔618的中心時，基本上沒有種子或顆粒690的投影圖像的模糊，如圖8a所示。圖8b示出了當(dāng)種子或顆粒692通過孔618前部時的結(jié)果，其中孔618的前部比孔618的中心基本上更接近于透鏡624。因為種子或顆粒692基本上更接近于透鏡，所以種子或顆粒的圖像被投影在圖像傳感器640之前距離"a，，的點上。結(jié)果，到達(dá)圖像傳感器640的圖像散焦，并且包括實質(zhì)上的模糊。當(dāng)種子或顆粒694通過孔618的后部時出現(xiàn)類似的結(jié)果，其中孔618的后部比孔618的中心基本上更遠(yuǎn)離透鏡624，如圖8c所示。在這種情況下，種子或顆粒694的圖像被投影在圖像傳感器640之后的距離"b"處的點上。結(jié)果，到達(dá)圖像傳感器640的圖像再次散焦，并且包括實質(zhì)上的模糊。當(dāng)種子的圖像足夠模糊時，類似于上述的裝置10的系統(tǒng)就不能夠把模糊的圖像識別為種子。在攝影術(shù)語中，裝置600具有很淺的視野深度。圖9a和9b例示了視野深度對感測的圖像的質(zhì)量的作用，以及在圖像傳感器40產(chǎn)生的相應(yīng)的模擬信號上的最終效果。圖9a示出了小型光學(xué)測量裝置600的掃描結(jié)果，類似于上面描述和圖8a-8c中示出的那樣，在這樣的裝置600中，當(dāng)種子710通過孔618的中心時，種子710的圖像清晰地聚焦在圖像傳感器640上，并且相對應(yīng)的髙幅度脈沖722導(dǎo)致得到圖像傳感器的模擬輸出信號720。然而，當(dāng)種子712基本上通過孔618的中心后面或者種子714基本上通過孔618的中心前面時，投影在圖像傳感器640上的圖像基本上模糊。結(jié)果，困像傳感器的模擬輸出信號720中相應(yīng)的脈沖724、726具有相對較低的幅度，該幅度低于閾值幅度Ao。因此，不對散焦的種子712和714進(jìn)行計數(shù)。相反，得益于如上所述由相對的反射鏡20和22所創(chuàng)建的、孔18和透鏡24之間延長的光學(xué)距離，依據(jù)本發(fā)明的裝置10能夠精確地對顆?；蚍N子進(jìn)行計數(shù)，而不論顆?；蚍N子在寬闊的孔18之中的位置如何。延長的光學(xué)距離使顆粒或種子基本上清晰的圖像被透鏡24投影在圖像傳感器40上，而不論顆?；蚍N子在孔之中的位置如何。換句話說，反射鏡20、22組合提供了增強的視野深度，使得位于孔18中任何地方的物體的圖像均在圖像傳感器40上被投影為基本清晰的圖像。如圖9b所示，無論是種子810通過孔18的中心還是種子812通過孔18的后部，或者種子814通過孔18的前部，所得到的模擬輸出信號820均包括相對應(yīng)的高幅度脈沖822、824、826，這些脈沖中的每一個均超出了閾值幅度Ao。換句話說，由于在三個種子的圖像中基本不存在模糊，圖像傳感器40所產(chǎn)生的這三個脈沖的幅度均同樣強。因此，裝置10可以精確地對全部的三個種子810、812、814進(jìn)行計數(shù)。因此，盡管裝置10在長度上是小型的并且系統(tǒng)的光學(xué)器件24是固定且不可調(diào)的，裝置IO卻可以在不影響或很少影響計數(shù)精度的情況下，適應(yīng)成像物體和透鏡24之間的距離中充分的變化。例如，在上述的實施例10中，當(dāng)種子通過孔18時，種子對透鏡24的接近度可以變化士29mm，而不對裝置檢測種子的能力產(chǎn)生不利的影響，換句話說，對于具有平均直徑大約lmm的種子，裝置10可以適應(yīng)高達(dá)種子直徑大約60倍的種子位置中的總的變化。因此，裝置10能夠精確地對種子流中的種子進(jìn)行計數(shù)，其中種子流具有高達(dá)種子平均直徑大約60倍的流寬度和流深度。類似于上面所述的小型計數(shù)裝置10能夠以高精度對種子或顆粒的^fc的流中的種子或顆粒進(jìn)行計數(shù)。例如，相信這樣的裝置10具有至少大約99%的計數(shù)精確度，并且高達(dá)99.9°/。。因為裝置10可以適應(yīng)顆粒流中較寬分布的顆粒，則不需要在該裝置接收顆粒之前把分散的流集中到很窄的流中。例如，在裝置IO用來測量常規(guī)種子播種設(shè)備的播種頻率的情況下，設(shè)備的輸出可以被直接饋送到孔18中，而不用首先集中或者另外收縮來自播種設(shè)備的種子流。如圖10所示，本發(fā)明還包括測量隔開的種子的流的特性的方法800，該種子的流具有基本上大于種子大小的流深度。該方法包括使種子的流通過具有基本深度的測量區(qū)域810。優(yōu)選地，測量區(qū)域的深度等于或大于流深度，并且可以高達(dá)種子直徑的大約58倍。方法800進(jìn)一步包括當(dāng)種子通過測量區(qū)域時捕獲種子的流中基本上每一種子的基本清晰的圖像820，而不論種子在測量區(qū)域之中的位置如何。因此，獲得流中基本上每一種子的基本清晰的圖像，無論種子是位于流的中心還是沿著或接近流的前沿或后沿。最后，分析捕獲的種子圖像830以確定種子流的至少一個特性。確定了的特性可以例如是種子的流中種子的數(shù)量，或者是種子的流中連續(xù)顆粒之間的時間期間或頻率。當(dāng)種子的流包括至少兩種不同大小的種子或其他物體時，確定了的特性可以例如是大于特定大小的物體的種子或物體的數(shù)目。系統(tǒng)10和方法800能夠測量在直徑上大于或等于大約lmm的顆粒的流。因此，裝置10和方法800對于測量諸如芥花籽種子之類的小種子、或者諸如谷物或玉米種仁之類的大種子的計數(shù)和頻率來說是有效的。上面對本發(fā)明各種實施例的描述旨在描述并例示本發(fā)明的各個方面，并且不想要限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識到，可以在不脫離本發(fā)明的情況下對描述的實施例進(jìn)行各種變化或更改。例如，雖然已關(guān)于測量移動種子的特性對裝置和方法進(jìn)行了描述，但是所述裝置還可以用于測量其他物體或顆粒的流。所有這樣的變化或更改都落入所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)*權(quán)利要求1、一種種子計數(shù)系統(tǒng)，包括(a)成像區(qū)；(b)圖像感測裝置；(c)成像區(qū)與圖像感測裝置之間的透鏡；以及(d)成像區(qū)與透鏡之間的光學(xué)距離延長器，由此，成像區(qū)與透鏡之間的有效光學(xué)距離至少是成像區(qū)與透鏡之間的物理距離的大約5倍。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的種子計數(shù)系統(tǒng)，其中，光學(xué)距離延長器包括多個反射鏡。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的種子計數(shù)系統(tǒng)，其中，光學(xué)距離延長器包括一對基本平行的反射鏡。4、根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項所述的種子計數(shù)系統(tǒng)，其中，圖像感測裝置包括電荷耦合器件。5、根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的種子計數(shù)系統(tǒng)，其中，成像區(qū)的深度為系統(tǒng)要進(jìn)行計數(shù)的種子的直徑的大約10倍到大約60倍。6、一種顆粒頻率測量設(shè)備，包括(a)其中具有孔的外殼；(b)位于孔的第一側(cè)的圖像傳感器；(c)位于與第一側(cè)相對的孔的第二側(cè)的光源；(d)用于把來自光源的光聚焦到圖像傳感器上的透鏡，該透鏡位于距孔的笫一距離上；以及(e)透鏡與孔之間的一對相對的反射鏡；(f)由此，從光源發(fā)射的光在反射鏡之間被反射，使得來自光源的光在達(dá)到透鏡之前必須傳播至少笫一距離的5倍的距離。7、根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，圖像傳感器包括電荷耦合器件。8、根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的設(shè)備，其中，所述一對相對的反射鏡基本上相互平行。9、根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項所述的設(shè)備，其中，所述一對相對的反射鏡包括一對相對的鏡面，并且其中，相對的鏡面中的每一個包括在其上的反射材料。10、根據(jù)權(quán)利要求6-9中任一項所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于把來自于圖像傳感器的模擬數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。11、根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括用于對數(shù)字信號進(jìn)行濾波的濾波器。12、根據(jù)權(quán)利要求6-11中任一項所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括被配置為對圖像傳感器感測到的圖像進(jìn)行計數(shù)的微處理器。13、根據(jù)權(quán)利要求6-12中任一項所述的設(shè)備，進(jìn)一步包括被配置為測量圖像傳感器所獲取的連續(xù)圖像之間所經(jīng)過的時間期間的微處理器。14、一種測量隔開的顆粒的流的特性的方法，該顆粒的流具有大于顆粒大小大約IO到大約60倍的流深度，該方法包括(a)使顆粒的流通過深度等于或大于流深度的測量區(qū)域；(b)當(dāng)顆粒的流通過孔時，捕獲顆粒的流中基本上每一顆粒的基本聚焦的圖像，而不論顆粒在測量區(qū)域內(nèi)的位置如何；以及(c)分析捕獲到的顆粒圖像，以確定顆粒的流的至少一個特性。15、根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述特性是顆粒的流中顆粒的數(shù)量。16、根據(jù)權(quán)利要求14或權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述特性是顆粒的流中連續(xù)顆粒之間的時間間隔。17、根據(jù)權(quán)利要求14-16中任一項所述的方法，進(jìn)一步包括產(chǎn)生數(shù)字信號，該數(shù)字信號表示流中每一顆粒的圖像的大小和清晰度，并且其中，分析捕獲到的顆粒圖像包括分析所述數(shù)字信號。18、根據(jù)權(quán)利要求14-17中任一項所述的方法，其中，顆粒的流包括具有至少兩種不同大小的顆粒的流，并且所述特性是流中等于或大于預(yù)先選擇的大小的顆粒的數(shù)目。19、根據(jù)權(quán)利要求14-18中任一項所述的方法，其中，顆粒的流包括具有至少兩種不同大小的顆粒的流，并且所述特性是流中等于或大于預(yù)先選擇的大小的顆粒的頻率。20、一種小型種子計數(shù)設(shè)備，其包括用于獲取基本上分散的種子流中的種子的基本清晰的圖像的裝置，該種子流具有流的平均軸，其中，所述裝置能夠獲取流中每一種子的基本清晰的圖像，而不論種子與流的軸之間的距離如何。21、根據(jù)權(quán)利要求20所述的小型種子計數(shù)設(shè)備，其中，用于獲取基本清晰的圖像的裝置包括(a)圖像傳感器；(b)用于把種子圖像聚焦在圖像傳感器上的透鏡，該透鏡位于圖像傳感器和流的平均軸之間，其中，該透鏡與流的平均軸具有第一距離；以及(c)多個反射鏡，其被安排為在的平均中軸和透鏡之間提供有效的光學(xué)距離，該有效的光學(xué)距離大于第一距離大約至少5倍。22、根據(jù)權(quán)利要求21所述的小型種子計數(shù)設(shè)備，其中，圖像傳感器包括電荷耦合器件。23、根據(jù)權(quán)利要求20-22中任一項所述的小型種子計數(shù)設(shè)備，進(jìn)一步包括用于對大于或等于預(yù)定大小的顆粒進(jìn)行選擇性計數(shù)的裝置，24、根據(jù)權(quán)利要求23所迷的種子計數(shù)設(shè)備，其中，用于進(jìn)行選擇性計數(shù)的裝置包括(a)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，用于把模擬圖像數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號，其中，數(shù)字圖像信號表示成像的顆粒的大??；以及(b)濾波器，用于對數(shù)字信號進(jìn)行篩選，以移除表示顆粒大小小于預(yù)先選擇的顆粒大小的顆粒的數(shù)據(jù)。25、根據(jù)權(quán)利要求20-24中任一項所述的種子計數(shù)設(shè)備，其中，獲取種子流中每一種子的基本清晰的圖像，所述種子流以每秒大約10到大約20個種子的速度移動。全文摘要本發(fā)明公開了一種用于測量種子流中的種子的計數(shù)和頻率的改進(jìn)裝置。這種裝置對于測量播種裝置的頻率和精度來說是有用的。種子計數(shù)系統(tǒng)可以包括成像區(qū)、圖像感測裝置、以及成像區(qū)和圖像感測裝置之間的透鏡。成像區(qū)和透鏡之間的光學(xué)距離延長器創(chuàng)建了成像區(qū)和透鏡之間的有效光學(xué)距離，該有效光學(xué)距離基本上大于成像區(qū)和透鏡之間的物理距離，從而提供了視野的實質(zhì)深度。文檔編號G06M1/10GK101120365SQ200680005226公開日2008年2月6日申請日期2006年2月15日優(yōu)先權(quán)日2005年2月17日發(fā)明者雅各布·A·雷歐恩伯格,馬庫斯·羅格里申請人:辛根塔參與股份公司