基于機器視覺的高通量玉米果穗考種流水線裝置及其方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及機器視覺【技術領域】，尤其涉及一種基于機器視覺的高通量玉米果穗考種流水線裝置及其方法。該裝置包括進料傳輸模塊；傳感器模塊，與所述進料傳輸模塊相連，用以感知所述進料傳輸模塊傳送至所述傳感器模塊的待測果穗；圖像采集模塊，用以采集所述待測果穗的圖像；以及果穗夾持模塊，與所述傳感器模塊相連，接收所述傳感器模塊的指令，并將所述待測果穗夾持至所述圖像采集模塊。本發(fā)明實現(xiàn)了全自動流水線考種，考種測量的采集速度快、測量客觀精準，能夠很好地代替人工勞動力應用于農(nóng)業(yè)玉米品種選育生產(chǎn)與科研領域。實現(xiàn)無損、自動、高效、精準測量玉米果穗農(nóng)藝性狀。
【專利說明】基于機器視覺的高通量玉米果穗考種流水線裝置及其方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及機器視覺【技術領域】，尤其涉及一種基于機器視覺的高通量玉米果穗考種流水線裝置及其方法。

【背景技術】
[0002]玉米果穗考種是玉米作物遺傳育種過程中一個重要的環(huán)節(jié)，對于玉米生產(chǎn)、科研有著重要的意義。隨著現(xiàn)代信息技術的高速發(fā)展，特別是計算機技術和機器視覺技術的發(fā)展，推動了農(nóng)業(yè)信息化和精細化的進程，為傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)帶來了全新的工具和手段。
[0003]玉米種業(yè)旨在選育擁有更好基因型的種子，而其中的一個重要環(huán)節(jié)就是玉米果穗考種。然而，傳統(tǒng)的玉米果穗考種過程中，大多采用目測尺量等人工測量手段。存在著較大的主觀性和誤差，并且考種周期較長，嚴重影響了玉米育種的效率和精確性。


【發(fā)明內容】

[0004](一 )要解決的技術問題
[0005]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種基于機器視覺的高通量玉米果穗考種流水線裝置及其方法，解決傳統(tǒng)玉米果穗考種主觀性大、誤差大以及效率低的問題。
[0006]( 二 )技術方案
[0007]為了解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種基于機器視覺的高通量玉米果穗考種流水線裝置及其方法。該裝置包括:
[0008]進料傳輸模塊；
[0009]傳感器模塊，與所述進料傳輸模塊相連，用以感知所述進料傳輸模塊傳送至所述傳感器模塊的待測果穗；
[0010]圖像采集模塊，用以采集所述待測果穗的圖像；以及
[0011]果穗夾持模塊，與所述傳感器模塊相連，接收所述傳感器模塊的指令，并將所述待測果穗夾持至所述圖像采集模塊。
[0012]優(yōu)選地，所述進料傳輸模塊包括:
[0013]起始端連接有進料框的第一傳送帶；
[0014]所述第一傳送帶末尾端連接有V字形的收料槽，用以限制果穗單穗縱向通過；以及
[0015]與所述收料槽相連的第二傳送帶。
[0016]優(yōu)選地，所述第二傳送帶縱向邊沿上設置有縱向擋板，用以限制果穗傳送位置；所述第二傳送帶末尾端設置有橫向擋板，用以防止果穗因慣性而沖出所述第二傳送帶。
[0017]優(yōu)選地，所述傳感器模塊包括:與所述第二傳送帶末尾端相連的光電門，用以檢測所述待測果穗是否到達所述果穗夾持模塊。
[0018]優(yōu)選地，所述果穗夾持模塊包括:與所述光電門相連的氣動夾指，用以接收所述光電門的指令，并將所述待測果穗夾持至所述圖像采集模塊。
[0019]優(yōu)選地，所述圖像采集模塊包括:
[0020]透明載物臺，用以盛放所述待測果穗；
[0021]數(shù)量為η的高速工業(yè)相機，用以采集所述待測果穗的圖像；以及
[0022]相同數(shù)量的激光發(fā)射裝置，用以將在所述待測果穗上標定激光點；其中，η為1，2，3，4。
[0023]優(yōu)選地，所述載物臺為鋼化玻璃；當η的值不為I時，所述高速工業(yè)相機與所述激光發(fā)射裝置，依次均勻交叉分布在以所述待測果穗為圓心的圓周上。
[0024]優(yōu)選地，所述裝置還包括速度調節(jié)模塊，用以控制所述第一傳送帶、所述第二傳送帶以及所述氣動夾指的速度。
[0025]優(yōu)選地，所述裝置還包括回收模塊，所述回收模塊為高壓氣噴嘴，用以將所述待測果穗及粉塵吹入回收框中。
[0026]本發(fā)明還提供了一種基于機器視覺的高通量玉米果穗考種方法，具體包括以下步驟:
[0027]S1:準備，正確啟動機器，調整好第一傳送帶的速度；
[0028]S2:入料，將果穗倒入進料框，隨著所述第一傳送帶傳送至收料槽，之后單穗自動排列進入果穗夾持模塊；
[0029]S3:夾持，當待測果穗到達光電門處時，所述光電門便會發(fā)送指令使氣動夾指夾持起所述待測果穗并放置在圖像采集模塊的載物臺上；
[0030]S4:采集，數(shù)量為η的高速工業(yè)相機同時采集圖像，并傳送所述圖像至計算機進行分析與計算；其中，η為1，2，3，4 ;
[0031]S5:回收，圖像采集完之后，高壓氣噴嘴便會噴出高壓氣流，將所述待測果穗及粉塵吹入回收框中。
[0032](三)有益效果
[0033]本發(fā)明的上述技術方案具有如下優(yōu)點:該基于機器視覺的高通量玉米果穗考種流水線裝置，通過多級傳送模塊和自動夾持模塊的處理，并采用透明玻璃多視同時測量。實現(xiàn)了全自動流水線考種，考種測量的采集速度快、測量客觀精準，能夠很好地代替人工勞動力應用于農(nóng)業(yè)玉米品種選育生產(chǎn)與科研領域。實現(xiàn)無損、自動、高效、精準測量玉米果穗農(nóng)藝性狀。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1是本發(fā)明實施例提供的基于機器視覺的高通量玉米果穗考種流水線裝置的結構示意圖；
[0035]圖2是本發(fā)明實施例提供的基于機器視覺的高通量玉米果穗考種流水線裝置中圖像采集模塊的結構示意圖；
[0036]圖3是本發(fā)明實施例提供的基于機器視覺的高通量玉米果穗考種方法流程框圖。
[0037]圖中:1:進料框；2:第一傳送帶；3:收料槽；4:第二傳送帶；5:縱向擋板；6:氣動夾指:光電門；8:橫向擋板；10:玻璃板載物臺；11:待測果穗；12:高速工業(yè)相機；13:激光光源；14:高壓氣噴嘴。

【具體實施方式】
[0038]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0039]如圖1所示，為本發(fā)明實施例提供的基于機器視覺的高通量玉米果穗考種流水線裝置的結構示意圖。
[0040]本發(fā)明提供了一種基于機器視覺的高通量玉米果穗考種流水線裝置及其方法。該裝置包括:進料傳輸模塊；傳感器模塊，與進料傳輸模塊相連，用以感知進料傳輸模塊傳送至傳感器模塊的待測果穗；圖像采集模塊，用以采集待測果穗的圖像；以及果穗夾持模塊，與傳感器模塊相連，接收傳感器模塊的指令，并將待測果穗夾持至圖像采集模塊。
[0041]進一步地，進料傳輸模塊包括:起始端連接有進料框I的第一傳送帶2 ;第一傳送帶2末尾端連接有倒V字形的收料槽3，用以限制果穗單穗縱向通過；以及與收料槽3相連的第二傳送帶4。其中，進料框可以一次性倒入整袋玉米果穗，進而傳送到第一傳送帶2上，并且第一傳送帶2的寬度可以并排容納5穗果穗；隨后傳送至限制單穗通過的收料槽3，再通過單穗縱向傳送的第二傳送帶4送至傳感器模塊。
[0042]進一步地，第二傳送帶4縱向邊沿上設置有縱向擋板5，用以限制果穗傳送位置；第二傳送帶4末尾端設置有橫向擋板8，用以防止果穗因慣性而沖出第二傳送帶4。
[0043]進一步地，傳感器模塊包括:與第二傳送帶4末尾端相連的光電門7，用以檢測待測果穗是否到果穗夾持模塊。本實施例中的傳感器模塊以光電門7為例，但并不以此為限，還可以是其他有探測以及傳感功能的器件。
[0044]進一步地，果穗夾持模塊包括:與光電門7相連的氣動夾指6，用以接收光電門7的指令，并將待測果穗夾持至圖像采集模塊。當?shù)谝粋€果穗，即待測果穗11到達光電門7時，光電門7發(fā)送指令給氣動夾指6，氣動夾指6將待測果穗11夾持到圖像采集模塊的玻璃板載物臺上。其中，本實施例中的果穗夾持模塊以氣動夾指6為例，但并不以此為限，還可以是其他自動夾持器件。
[0045]進一步地，如圖2所示，為本發(fā)明實施例提供的基于機器視覺的高通量玉米果穗考種流水線裝置中圖像采集模塊的結構示意圖。圖像采集模塊包括:玻璃板載物臺10，用以盛放待測果穗，使得下方的相機可以正常采集圖像；數(shù)量為η的高速工業(yè)相機12，用以采集待測果穗11的圖像；以及相同數(shù)量的激光發(fā)射源13，用以將在待測果穗11上標定激光點。其中，本實施例中的透明載物臺以鋼化玻璃板載物臺10為例，但并不以此為限。其中，η為1，2，3，4。當η的值不為I時，高速工業(yè)相機與激光發(fā)射裝置，依次均勻交叉分布在以待測果穗為圓心的圓周上。
[0046]進一步地，本實施例中η為3，即3個高速工業(yè)相機12在以待測果穗11為圓心的圓周上互成120度弧度，3個激光光源13各與高速工業(yè)相機12成60度弧度。
[0047]進一步地，裝置還包括速度調節(jié)模塊，用以控制第一傳送帶2、第二傳送帶4以及氣動夾指6的速度。
[0048]進一步地，裝置還包括回收模塊，回收模塊為高壓氣噴嘴14，用以將采集圖像后的待測果穗11及粉塵吹入回收框中。
[0049]本發(fā)明還提供了一種基于機器視覺的高通量玉米果穗考種方法，如圖3所示，為本發(fā)明提供的基于機器視覺的高通量玉米果穗考種方法流程框圖，具體包括以下步驟:
[0050]首先，正確啟動機器，調整好第一傳送帶2的速度。然后，將一整袋玉米果穗倒入進料框1，這些果穗便會隨著第一傳送帶2傳送至收料槽3，然后便會自動排列成單穗通過進入果穗夾持模塊。當一個果穗到達光電門7處時，光電門7便會發(fā)送指令使氣動夾指6夾持起該待測果穗11并放置在圖像采集模塊的玻璃板載物臺10上。此時，三個高速工業(yè)相機12以及3個激光光源13便會同時采集圖像，并傳送圖像至計算機進行分析與計算各項參數(shù)指標。
[0051]進一步地，當一個果穗到達光電門7時，第二傳送帶4便會停止傳送，以防止果穗間互相頂撞。高速工業(yè)相機12采集完圖像之后，高壓氣噴嘴14便會噴出高壓氣流，將測完的待測果穗11吹入回收框中，全過程無需人工參與。
[0052]綜上所述，本發(fā)明基于機器視覺的高通量玉米果穗考種流水線裝置，通過多級傳送模塊和自動夾持模塊的處理，并采用透明玻璃多視同時測量。實現(xiàn)了全自動流水線考種，考種測量的采集速度快、測量客觀精準，能夠很好地代替人工勞動力應用于農(nóng)業(yè)玉米品種選育生產(chǎn)與科研領域。實現(xiàn)無損、自動、高效、精準測量玉米果穗農(nóng)藝性狀。
[0053]最后應說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。
【權利要求】
1.一種基于機器視覺的高通量玉米果穗考種流水線裝置，其特征在于，包括: 進料傳輸模塊； 傳感器模塊，與所述進料傳輸模塊相連，用以感知所述進料傳輸模塊傳送至所述傳感器模塊的待測果穗； 圖像采集模塊，用以采集所述待測果穗的圖像；以及 果穗夾持模塊，與所述傳感器模塊相連，接收所述傳感器模塊的指令，并將所述待測果穗夾持至所述圖像采集模塊。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于機器視覺的高通量玉米果穗考種流水線裝置，其特征在于，所述進料傳輸模塊包括: 起始端連接有進料框的第一傳送帶； 所述第一傳送帶末尾端連接有V字形的收料槽，用以限制果穗單穗縱向通過；以及 與所述收料槽相連的第二傳送帶。
3.根據(jù)權利要求2所述的基于機器視覺的高通量玉米果穗考種流水線裝置，其特征在于，所述第二傳送帶縱向邊沿上設置有縱向擋板，用以限制果穗傳送位置；所述第二傳送帶末尾端設置有橫向擋板，用以防止果穗因慣性而沖出所述第二傳送帶。
4.根據(jù)權利要求1-3任一項中所述的基于機器視覺的高通量玉米果穗考種流水線裝置，其特征在于，所述傳感器模塊包括:與所述第二傳送帶末尾端相連的光電門，用以檢測所述待測果穗是否到達所述果穗夾持模塊。
5.根據(jù)權利要求4所述的基于機器視覺的高通量玉米果穗考種流水線裝置，其特征在于，所述果穗夾持模塊包括:與所述光電門相連的氣動夾指，用以接收所述光電門的指令，并將所述待測果穗夾持至所述圖像采集模塊。
6.根據(jù)權利要求5所述的基于機器視覺的高通量玉米果穗考種流水線裝置，其特征在于，所述圖像采集模塊包括: 透明載物臺，用以盛放所述待測果穗； 數(shù)量為η的高速工業(yè)相機，用以采集所述待測果穗的圖像；以及 相同數(shù)量的激光發(fā)射裝置，用以將在所述待測果穗上標定激光點；其中，η為1，2，3，4。
7.根據(jù)權利要求6所述的基于機器視覺的高通量玉米果穗考種流水線裝置，其特征在于，所述載物臺為鋼化玻璃；當η的值不為I時，所述高速工業(yè)相機與所述激光發(fā)射裝置，依次均勻交叉分布在以所述待測果穗為圓心的圓周上。
8.根據(jù)權利要求7所述的基于機器視覺的高通量玉米果穗考種流水線裝置，其特征在于，所述裝置還包括速度調節(jié)模塊，用以控制所述第一傳送帶、所述第二傳送帶以及所述氣動夾指的速度。
9.根據(jù)權利要求8所述的基于機器視覺的高通量玉米果穗考種流水線裝置，其特征在于，所述裝置還包括回收模塊，所述回收模塊為高壓氣噴嘴，用以將所述待測果穗及粉塵吹入回收框中。
10.一種基于機器視覺的高通量玉米果穗考種方法，其特征在于，采用上述裝置進行玉米果穗考種，所述方法具體包括以下步驟: S1:準備，正確啟動機器，調整好第一傳送帶的速度； S2:入料，將果穗倒入進料框，隨著所述第一傳送帶傳送至收料槽，之后單穗自動排列進入果穗夾持模塊； 53:夾持，當待測果穗到達光電門處時，所述光電門便會發(fā)送指令使氣動夾指夾持起所述待測果穗并放置在圖像采集模塊的載物臺上； 54:采集，數(shù)量為η的高速工業(yè)相機同時采集圖像，并傳送所述圖像至計算機進行分析與計算;其中，η為1，2，3，4 ； 55:回收，圖像采集完之后，高壓氣噴嘴便會噴出高壓氣流，將所述待測果穗及粉塵吹入回收框中。
【文檔編號】A01C1/00GK104488405SQ201410853277
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月31日 優(yōu)先權日:2014年12月31日
【發(fā)明者】馬欽, 周金輝, 朱德海, 張曉東, 李紹明, 劉哲, 王越, 郭浩 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學