專利名稱：基于機器視覺的玉米考種裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及玉米考種技術領域，尤其涉及一種給予機器視覺的玉米考種裝置。
背景技術：
我國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)和穗重直接反應玉米的生長狀況并且在 玉米新品種鑒定也起著重要作用，通過機器視覺進行玉米考種具有客觀、高效、低成本等優(yōu)
點o趙春明等在2009年發(fā)表了一篇《玉米果穗DUS性狀測試的圖像處理應用研究》的 文章，文中將C⑶相機固定在三角架上，拍攝時固定角度和物距對垂直懸掛于箱中央的玉 米的三個側面圖像進行采集，拍攝環(huán)境為密閉的箱體，用白板曝光，繞縱軸旋轉角度統(tǒng)一為 120°，對采集到的圖像進行處理，提取玉米的穗長，穗粗，穗形，粒頂色，穗軸色，穗行數(shù)和 籽粒排列形式這7個外觀參數(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)或者玉米松動導致玉米脫落，對拍照造成一定的影響，浪費 時間；其二 一次成像只能采集到玉米的某個側面圖像，若想采集多面必須將相機旋轉三 次，每次120°來采集玉米的三個側面圖像以便研究，旋轉過程容易造成誤差，旋轉角度的 準確性也不易控制，受人為主觀影響大，會有不同程度的偏移；其三由于拍攝的三面圖會 有重疊，無法區(qū)分邊界導致不能通過平面圖像來測量玉米的穗行數(shù)，而用掃描玉米截面圖 的方法。2008年王玉亮等在碩士學位論文《基于機器視覺的玉米種子品種識別與檢測研 究》中搭建了玉米種子圖像采集的硬件系統(tǒng)，實驗平臺包括相機、光源圈架、環(huán)形光源、遮光 罩、樣品和載物臺，分別將相機、光源和載物平臺固定在支撐架上，采集環(huán)境為封閉的暗室。 該平臺雖然運用了機器視覺，但研究對象為玉米種子的外部形態(tài)特征，不可用于以玉米穗 的外部特征為對象的研究。以上兩種方法均不能測量玉米果穗的重量，只能采集圖像。

發(fā)明內(nèi)容
(一)技術問題本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種高效、快速、簡單的玉米考種裝置。( 二 )技術方案為達到所述目的，本發(fā)明提供了一種基于機器視覺的玉米考種裝置，該裝置包括 載物臺，用于承載并稱重待測玉米果穗；圖像采集單元，與所述載物臺相對，采集待測玉米 果穗的圖像并將采集到的圖像傳送至處理單元；兩個反光鏡，置于載物臺的與所述圖像采 集單元相對的另一側，其設置在能夠成像設定部分的待測玉米果穗位置處，所述設定部分 為所述圖像采集單元采集到的待測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。三個光源，所述三個光源連線呈正三角形，所述載物臺置于所述正三角形的中心，用于為圖像的采集照明，并通過 照射光線將待測玉米果穗均勻分為三個部分。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，設置于所 述照明光源中心，用于通過照射光線將待測玉米果穗均勻分為三個部分。其中，所述照明光源為LED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照明光源中任意兩個照明光源連線的中線 上。其中，所述兩個反光鏡分別設置于所述圖像采集單元和與其正對的照明光源連線 的兩側。其中，所述載物臺包括托盤，用于稱重待測玉米果穗；頂針，設置在所述托盤中 心，用于插入固定待測玉米果穗。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，其上方設有開 口，用于放置待測玉米果穗。(三)有益效果本發(fā)明的基于機器視覺的玉米考種裝置具有省時、省力、快速以及高效等優(yōu)點，通 過兩塊反光鏡能夠一次成像玉米果穗的三個側面的圖像；載物臺配有稱重功能，無需其他 輔助稱重儀器；三個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、穗行數(shù)、穗粒數(shù)、每行粒數(shù)、禿頂長度、禿頂率等多個外觀參數(shù)，改善了 目前人工考種的眾多弊端。


圖1為依照本發(fā)明一種實施方式的基于機器視覺的玉米考種裝置俯視圖；圖2為依照本發(fā)明一種實施方式的基于機器視覺的玉米考種裝置立體結構示意 圖；圖3為使用依照本發(fā)明一種實施方式的基于機器視覺的玉米考種裝置采集到的 玉米果穗圖像。
具體實施例方式本發(fā)明的基于機器視覺的玉米考種裝置，結合附圖和實施例詳細說明如下。如圖1-2所示，依照本發(fā)明一種實施方式的基于機器視覺的玉米考種裝置包括 載物臺，用于承載并稱重待測玉米果穗，由托盤5以及托盤5中心用于插入固定待測玉米 果穗的頂針6組成，托盤5具有稱重功能；圖像采集單元1，與載物臺相對，用于采集待測玉 米果穗的圖像并將采集到的圖像傳送至處理單元；三個照明光源3，其連線呈正三角形，載 物臺置于該正三角形的中心，即三個照明光源3圍繞載物臺設置，且設置在彼此成120°的 位置，用于為圖像采集提供照明，三個照明光源3均為長方體形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玉米果穗均勻分為三部 分；兩個反光鏡4，置于載物臺的與圖像采集單元1相對的另一側，其設置位置為能夠成像 設定部分的待測玉米果穗圖像，該設定部分為圖像采集單元1可直接采集到的待測玉米果 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。三個照明光源3同時開啟，使待測玉米果穗清晰，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)光學理論驗證，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面，這樣圖像采集單元1能夠一次采集 到玉米果穗三個側面的圖像，即整個玉米果穗的圖像，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算玉米行數(shù)時去掉 重疊區(qū)域。圖像采集單元1優(yōu)選為相機，設置在任意兩個光源連線的中線上，整個裝置的前 方，標定好且物距固定，通過數(shù)據(jù)線與處理單元相連，進行圖像的傳輸。處理單元優(yōu)選為計 算機。如圖2所示。整個裝置設置在為封閉空間的殼體內(nèi)，四個側面均固定好后，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)果穗長度的大量統(tǒng)計，兩個反光鏡的高度 均至少為25cm。使用本發(fā)明的裝置進行玉米考種時，一次能成玉米果穗三個側面的圖像，拍攝次 數(shù)少，拍攝時間短。拍攝結果如圖3所示，分界光源2的使用使得玉米果穗側面部分的分界 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稱出果穗的重量，無需使用另外的儀 器，節(jié)省了成本和時間。用本裝置采集到的圖片可用來提取玉米穗的多個外觀形態(tài)參數(shù)，包 括穗長、穗行數(shù)、穗粒數(shù)、每行粒數(shù)、禿頂長度、禿頂率等，圖3中玉米果穗的參數(shù)性狀提取 結果為，穗長19. 2cm、穗行數(shù)18、穗粒數(shù)721、禿頂長度0. 8cm、禿頂率4. 2% (30穗統(tǒng) 計值)，實測結果，穗長19. lcm、穗行數(shù)18、穗粒數(shù)725、禿頂長度0. 9cm、禿頂率4. 7% (30穗統(tǒng)計值)。由此可看出，本發(fā)明的裝置操作簡單、攜帶方便、且實用性強。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關技術領域的普通 技術人員，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 等同的技術方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應由權利要求限定。
權利要求
一種基于機器視覺的玉米考種裝置，其特征在于，該裝置包括載物臺，用于承載并稱重待測玉米果穗；圖像采集單元，與所述載物臺相對，采集待測玉米果穗的圖像并將采集到的圖像傳送至處理單元；兩個反光鏡，置于載物臺的與所述圖像采集單元相對的另一側，其設置在能夠成像設定部分的待測玉米果穗位置處，所述設定部分為所述圖像采集單元采集到的待測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。三個光源，所述三個光源連線呈正三角形，所述載物臺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玉米果穗均勻分為三個部分。
2.如權利要求1所述的基于機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，設置于所述照明光源中心，用于通過照射光線將待測玉米果穗均勻分為三 個部分。
3.如權利要求2所述的基于機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.如權利要求2所述的基于機器視覺的玉米考種裝置，其特征在于，所述圖像采集單 元置于所述三個照明光源中任意兩個照明光源連線的中線上。
5.如權利要求4所述的基于機器視覺的玉米考種裝置，其特征在于，所述兩個反光鏡 分別設置于所述圖像采集單元和與其正對的照明光源連線的兩側。
6.如權利要求1-5任一項所述的基于機器視覺的玉米考種裝置，其特征在于，所述載 物臺包括托盤，用于稱重待測玉米果穗；頂針，設置在所述托盤中心，用于插入固定待測玉米果穗。
7.如權利要求6所述的基于機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，其上方設有開口，用于放置待測玉米果穗。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于機器視覺的玉米考種裝置，該裝置包括載物臺；圖像采集單元，與所述載物臺相對；兩個反光鏡，置于載物臺的與所述圖像采集單元相對的另一側，其設置在能夠成像所述圖像采集單元可直接采集到的待測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、省力、快速以及高效等優(yōu)點，通過兩塊反光鏡能夠一次成像玉米果穗的三個側面的圖像；載物臺配有稱重功能，無需其他輔助測重儀器；三個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、穗行數(shù)、穗粒數(shù)、每行粒數(shù)、禿頂長度、禿頂率等多個外觀參數(shù)，改善了目前人工考種的眾多弊端。
文檔編號A01C1/00GK101933417SQ20101022633
公開日2011年1月5日 申請日期2010年7月6日 優(yōu)先權日2010年7月6日
發(fā)明者張云鶴, 朱大洲, 畢昆, 王成, 王紀華 申請人:北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術研究中心