CN101933417B - 基于机器视觉的玉米考种装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的玉米考种装置，该装置包括：载物台；图像采集单元，与所述载物台相对；两个反光镜，置于载物台的与所述图像采集单元相对的另一侧，其设置在能够成像所述图像采集单元可直接采集到的待测玉米果穗部分之外的部分的位置处。本发明的装置具有省时、省力、快速以及高效等优点，通过两块反光镜能够一次成像玉米果穗的三个侧面的图像；载物台配有称重功能，无需其他辅助测重仪器；三个线性激光光源的使用可区分玉米重叠部分的边界；采集的图片可用来提取玉米果穗的穗长、穗行数、穗粒数、每行粒数、秃顶长度、秃顶率等多个外观参数，改善了目前人工考种的众多弊端。

Description

基于机器视觉的玉米考种装置

技术领域

本发明涉及玉米考种技术领域，尤其涉及一种给予机器视觉的玉米考种装置。

背景技术

我国玉米种植面积和总产量都居世界第二位，玉米生产在我国粮食生产和粮食安全中占有极重要战略地位。玉米果穗的外观参数和穗重直接反应玉米的生长状况并且在玉米新品种鉴定也起着重要作用，通过机器视觉进行玉米考种具有客观、高效、低成本等优点。

赵春明等在2009年发表了一篇《玉米果穗DUS性状测试的图像处理应用研究》的文章，文中将CCD相机固定在三角架上，拍摄时固定角度和物距对垂直悬挂于箱中央的玉米的三个侧面图像进行采集，拍摄环境为密闭的箱体，用白板曝光，绕纵轴旋转角度统一为120°，对采集到的图像进行处理，提取玉米的穗长，穗粗，穗形，粒顶色，穗轴色，穗行数和籽粒排列形式这7个外观参数。该方法存在以下缺陷：将玉米垂直悬挂于密闭的箱体上方，操作不方便，容易由于固定不稳或者玉米松动导致玉米脱落，对拍照造成一定的影响，浪费时间；其二：一次成像只能采集到玉米的某个侧面图像，若想采集多面必须将相机旋转三次，每次120°来采集玉米的三个侧面图像以便研究，旋转过程容易造成误差，旋转角度的准确性也不易控制，受人为主观影响大，会有不同程度的偏移；其三：由于拍摄的三面图会有重叠，无法区分边界导致不能通过平面图像来测量玉米的穗行数，而用扫描玉米截面图的方法。

2008年王玉亮等在硕士学位论文《基于机器视觉的玉米种子品种识别与检测研究》中搭建了玉米种子图像采集的硬件***，实验平台包括相机、光源圈架、环形光源、遮光罩、样品和载物台，分别将相机、光源和载物平台固定在支撑架上，采集环境为封闭的暗室。该平台虽然运用了机器视觉，但研究对象为玉米种子的外部形态特征，不可用于以玉米穗的外部特征为对象的研究。

以上两种方法均不能测量玉米果穗的重量，只能采集图像。

发明内容

(一)技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种高效、快速、简单的玉米考种装置。

(二)技术方案

为达到所述目的，本发明提供了一种基于机器视觉的玉米考种装置，该装置包括：载物台，用于承载并称重待测玉米果穗；图像采集单元，与所述载物台相对，采集待测玉米果穗的图像并将采集到的图像传送至处理单元；两个反光镜，置于载物台的与所述图像采集单元相对的另一侧，其设置在能够成像设定部分的待测玉米果穗位置处，所述设定部分为所述图像采集单元采集到的待测玉米果穗部分之外的部分；处理单元，向所述图像采集单元发送图像采集命令，接收并处理所述图像采集单元采集的图像。三个光源，所述三个光源连线呈正三角形，所述载物台置于所述正三角形的中心，用于为图像的采集照明，并通过照射光线将待测玉米果穗均匀分为三个部分。

其中，所述光源包括：照明光源，用于为采集图像提供照明；分界光源，设置于所述照明光源中心，用于通过照射光线将待测玉米果穗均匀分为三个部分。

其中，所述照明光源为LED光源，所述分界光源为线性激光光源。

其中，所述图像采集单元置于所述三个照明光源中任意两个照明光源连线的中线上。

其中，所述两个反光镜分别设置于所述图像采集单元和与其正对的照明光源连线的两侧。

其中，所述载物台包括：托盘，用于称重待测玉米果穗；顶针，设置在所述托盘中心，用于***固定待测玉米果穗。

其中，该装置还包括：壳体，用于将该装置的各部件固定置于其中，其上方设有开口，用于放置待测玉米果穗。

(三)有益效果

本发明的基于机器视觉的玉米考种装置具有省时、省力、快速以及高效等优点，通过两块反光镜能够一次成像玉米果穗的三个侧面的图像；载物台配有称重功能，无需其他辅助称重仪器；三个线性激光光源使用可区分玉米重叠部分的边界；采集的图片可用来提取玉米果穗的穗长、穗行数、穗粒数、每行粒数、秃顶长度、秃顶率等多个外观参数，改善了目前人工考种的众多弊端。

附图说明

图1为依照本发明一种实施方式的基于机器视觉的玉米考种装置俯视图；

图2为依照本发明一种实施方式的基于机器视觉的玉米考种装置立体结构示意图；

图3为使用依照本发明一种实施方式的基于机器视觉的玉米考种装置采集到的玉米果穗图像。

具体实施方式

本发明的基于机器视觉的玉米考种装置，结合附图和实施例详细说明如下。

如图1-2所示，依照本发明一种实施方式的基于机器视觉的玉米考种装置包括：载物台，用于承载并称重待测玉米果穗，由托盘5以及托盘5中心用于***固定待测玉米果穗的顶针6组成，托盘5具有称重功能；图像采集单元1，与载物台相对，用于采集待测玉米果穗的图像并将采集到的图像传送至处理单元；三个照明光源3，其连线呈正三角形，载物台置于该正三角形的中心，即三个照明光源3围绕载物台设置，且设置在彼此成120°的位置，用于为图像采集提供照明，三个照明光源3均为长方体形LED光源，其中心位置均嵌入分界光源2，分界光源2为线性激光光源，用于通过照射光将待测玉米果穗均匀分为三部分；两个反光镜4，置于载物台的与图像采集单元1相对的另一侧，其设置位置为能够成像设定部分的待测玉米果穗图像，该设定部分为图像采集单元1可直接采集到的待测玉米果穗部分之外的部分；处理单元，用于向图像采集单元1发送图像采集命令，接收并处理图像采集单元1采集的图像。三个照明光源3同时开启，使待测玉米果穗清晰，光线柔和，且能够通过内嵌在照明光源3上的分界光源2的照射光线将玉米果穗分为均匀的三部分。两块反光镜4置于照明光源3与托盘5之间，其放置角度经光学理论验证，恰好能够成像到带有由分界光源2形成的两条分界线的玉米果穗的侧面，这样图像采集单元1能够一次采集到玉米果穗三个侧面的图像，即整个玉米果穗的图像，包括直接采集到的部分图像，以及采集到的两块反光镜4所成的部分图像，分解光源2形成的分界线便于计算玉米行数时去掉重叠区域。图像采集单元1优选为相机，设置在任意两个光源连线的中线上，整个装置的前方，标定好且物距固定，通过数据线与处理单元相连，进行图像的传输。处理单元优选为计算机。如图2所示。整个装置设置在为封闭空间的壳体内，四个侧面均固定好后，壳体上端为可开启部分，用于玉米果穗的放入和拿出。根据果穗长度的大量统计，两个反光镜的高度均至少为25cm。

使用本发明的装置进行玉米考种时，一次能成玉米果穗三个侧面的图像，拍摄次数少，拍摄时间短。拍摄结果如图3所示，分界光源2的使用使得玉米果穗侧面部分的分界线明显可见。照明光源3的使用使拍摄图片颜色均匀，曝光性好。将玉米果穗通过顶针6固定在托盘上稳固性好且托盘配有的称重功能能同时称出果穗的重量，无需使用另外的仪器，节省了成本和时间。用本装置采集到的图片可用来提取玉米穗的多个外观形态参数，包括穗长、穗行数、穗粒数、每行粒数、秃顶长度、秃顶率等，图3中玉米果穗的参数性状提取结果为，穗长：19.2cm、穗行数：18、穗粒数：721、秃顶长度：0.8cm、秃顶率：4.2％(30穗统计值)，实测结果，穗长：19.1cm、穗行数：18、穗粒数：725、秃顶长度：0.9cm、秃顶率：4.7％(30穗统计值)。由此可看出，本发明的装置操作简单、携带方便、且实用性强。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (6)

1.一种基于机器视觉的玉米考种装置，其特征在于，该装置包括：

载物台，用于承载并称重待测玉米果穗；

图像采集单元，与所述载物台相对，采集待测玉米果穗的图像并将采集到的图像传送至处理单元；

两个反光镜，置于载物台的与所述图像采集单元相对的另一侧，其设置在能够成像设定部分的待测玉米果穗位置处，所述设定部分为所述图像采集单元采集到的待测玉米果穗部分之外的部分；

处理单元，向所述图像采集单元发送图像采集命令，接收并处理所述图像采集单元采集的图像；

三个光源，所述三个光源连线呈正三角形，所述载物台置于所述正三角形的中心，用于为图像的采集照明，并通过照射光线将待测玉米果穗均匀分为三个部分；

所述光源包括：

照明光源，用于为采集图像提供照明；

分界光源，设置于所述照明光源中心，用于通过照射光线将待测玉米果穗均匀分为三个部分。

2.如权利要求1所述的基于机器视觉的玉米考种装置，其特征在于，所述照明光源为LED光源，所述分界光源为线性激光光源。

3.如权利要求1所述的基于机器视觉的玉米考种装置，其特征在于，所述图像采集单元置于所述三个照明光源中任意两个照明光源连线的中线上。

4.如权利要求3所述的基于机器视觉的玉米考种装置，其特征在于，所述两个反光镜分别设置于所述图像采集单元和与其正对的照明光源连线的两侧。

5.如权利要求1-4任一项所述的基于机器视觉的玉米考种装置， 其特征在于，所述载物台包括：

托盘，用于称重待测玉米果穗；顶针，设置在所述托盘中心，用于***固定待测玉米果穗。

6.如权利要求5所述的基于机器视觉的玉米考种装置，其特征在于，该装置还包括：

壳体，用于将该装置的各部件固定置于其中，其上方设有开口，用于放置待测玉米果穗。 

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