專(zhuān)利名稱(chēng)：谷物圖像三通道動(dòng)態(tài)采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種圖像采集裝置，尤其是一種谷物圖像三通道動(dòng)態(tài)采集裝置，屬于農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前精密播種機(jī)、谷物條播機(jī)、穴播機(jī)等農(nóng)業(yè)播種設(shè)備在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中已經(jīng)大量使用，而大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)檢測(cè)設(shè)備只能做播種設(shè)備中的排種器的性能試驗(yàn)，而單一的排種器試驗(yàn)不利于反映組成整機(jī)后的整體性能關(guān)系。排種器對(duì)于整機(jī)只是其中的一個(gè)部件，而本身又是一個(gè)產(chǎn)品，針對(duì)排種器進(jìn)行試驗(yàn)，可以反映其性能狀況，但就整機(jī)而言，由于不具備排種器與其它機(jī)構(gòu)的裝配關(guān)系，使其結(jié)構(gòu)對(duì)排種性能的影響因素不能消除，因而不能如實(shí)反映播種機(jī)整機(jī)的性能狀況。而另一類(lèi)是對(duì)播種機(jī)整機(jī)性能進(jìn)行試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)臺(tái)，又不能進(jìn)行排種器和播種單體的試驗(yàn)。
在用光電效應(yīng)法、壓電效應(yīng)法測(cè)量播種均勻度時(shí)，通過(guò)記錄兩粒種子落下的時(shí)間間隔和地輪前進(jìn)的速度來(lái)計(jì)算種子的間距，提高了測(cè)量準(zhǔn)確性，但這兩種方法均屬于間接檢測(cè)，不能有效地反映播種的實(shí)際情況。
目前國(guó)內(nèi)外的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)中基本以單通道信息采集為主，單一攝像機(jī)工作，工作效率顯然低，不符合目前的國(guó)家檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)GB6973-86、GB9478-88標(biāo)準(zhǔn)，檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)該能夠在0.5～3m/s范圍內(nèi)，以不同速度運(yùn)行時(shí)，對(duì)三臺(tái)播種機(jī)同時(shí)實(shí)施檢測(cè)。每個(gè)播種口播種250粒，其粒間距分別為30～250mm不等，實(shí)現(xiàn)多個(gè)種子間距的測(cè)量，給出精密播種機(jī)的合格指數(shù)、重播指數(shù)、漏播指數(shù)等性能指標(biāo)。而目前使用的單一攝像機(jī)工作，工作效率非常低，不符合目前的國(guó)家檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種谷物圖像三通道動(dòng)態(tài)采集裝置。
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種谷物圖像三通道動(dòng)態(tài)采集裝置，它包括傳送帶、光源、攝像頭及圖像采集卡；所述的傳送帶為相互平行設(shè)置的并以相同速度向同一方向勻速運(yùn)動(dòng)的三條傳送帶；所述的光源為兩列與傳送帶相垂直排列的照明燈；所述的攝像頭為三個(gè)黑白攝像頭第一攝像頭、第二攝像頭及第三攝像頭，分別對(duì)應(yīng)設(shè)置在每條傳送帶垂直上方的相同距離位置，并處于兩列照明燈之間；所述的攝像頭通過(guò)一個(gè)視頻分配器連接到圖像采集卡，所述的圖像采集卡為紅色R綠色G藍(lán)色B三分量視頻信號(hào)獨(dú)立采集的彩色圖像采集卡。所述的第一攝像頭的輸出端連接到視頻分配器的輸入端；視頻分配器帶有三個(gè)輸出端，分別接到第二攝像頭、第三攝像頭的外同步端及彩色圖像卡的紅色R分量輸入端；第二攝像頭B的輸出端連接到彩色圖像卡的綠色G分量輸入端；第三攝像頭的輸出端連接到彩色圖像卡的藍(lán)色B分量輸入端。
本實(shí)用新型使用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)采集播種后種子的序列圖像，分析種子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，檢測(cè)落在傳送帶上的種子粒距，進(jìn)而檢測(cè)播種精度、種子分布情況、及相關(guān)播種機(jī)理等，視覺(jué)環(huán)境中光照系統(tǒng)的構(gòu)建方法，雙列交叉空間光視場(chǎng)的建立，有效的解決了動(dòng)態(tài)檢測(cè)中，照明系統(tǒng)環(huán)境與攝像機(jī)圖像采集的一致性問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了三個(gè)攝像頭的圖像信息能并行地輸入計(jì)算機(jī)，解決了精密播種機(jī)、谷物條播機(jī)、穴播機(jī)及播種單體、排種器的多通道播、排種的種子采集問(wèn)題，其動(dòng)態(tài)多通道采集方案簡(jiǎn)單，采集精度高，實(shí)時(shí)性好，對(duì)軟件技術(shù)要求不很高，硬件成本低。


圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的視頻采集的電路連接示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)一步說(shuō)明如圖1及圖2所示，為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖及本實(shí)用新型的視頻采集的電路連接示意圖。一種谷物圖像三通道動(dòng)態(tài)采集裝置，它包括傳送帶、光源、攝像頭及圖像采集卡；傳送帶為相互平行設(shè)置的并以相同速度向同一方向勻速運(yùn)動(dòng)的三條橡膠帶；光源為兩列相距一定距離的并與橡膠帶相垂直排列的照明燈；攝像頭為三個(gè)黑白攝像頭攝像頭A、攝像頭B及攝像頭C，分別對(duì)應(yīng)設(shè)置在每條橡膠帶垂直上方的相同距離位置，并處于兩列照明燈之間；各個(gè)攝像頭通過(guò)一個(gè)視頻分配器連接到圖像采集卡，圖像采集卡為紅色R綠色G藍(lán)色B三分量視頻信號(hào)獨(dú)立采集的彩色圖像采集卡；攝像頭A的輸出端連接到視頻分配器的輸入端；視頻分配器帶有三個(gè)輸出端，分別接到攝像頭A、攝像頭B的外同步端及彩色圖像卡的紅色R分量輸入端；攝像頭B的輸出端連接到彩色圖像卡的綠色G分量輸入端；攝像頭C的輸出端連接到彩色圖像卡的藍(lán)色B分量輸入端。
本實(shí)用新型選用一塊支持RGB三分量視頻信號(hào)獨(dú)立采集的彩色圖像卡，將三個(gè)同步的黑白獨(dú)立視頻源作為圖像卡的三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)R、G、B分量輸入，由一臺(tái)一分四視頻分配器做歸一化處理，形成三個(gè)同步的視頻信號(hào)輸出，以24位方式BMP文件格式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。
視頻分配器起到一個(gè)信號(hào)復(fù)制的作用，可以把一個(gè)輸入信號(hào)分成幾個(gè)相同的信號(hào)輸出，可以將一路視頻信號(hào)分成幾路視頻信號(hào)。對(duì)于三個(gè)攝像頭，可以通過(guò)視頻分配器將其中一個(gè)攝像頭的輸出信號(hào)分成兩路作為另外兩個(gè)攝像頭的外同步輸入，這樣可以達(dá)到將三個(gè)攝像頭同步的目的。所謂同步，在本實(shí)用新型中是指三臺(tái)攝像頭采集的起始時(shí)間，采集一幀圖像所用的時(shí)間都相等。本實(shí)用新型中，將攝像頭A的輸出連接到視頻分配器的輸入，然后將視頻分配器的輸出1，2分別接到攝像頭B，C的外同步端，這樣三個(gè)攝像頭就可以同步工作。攝像頭A的輸出信號(hào)，由視頻分配器的輸出3連接輸入到彩色圖像卡，作為紅色R分量輸入；攝像頭B的輸出信號(hào)，直接連接到彩色圖像卡，作為綠色G分量輸入；攝像頭C的輸出信號(hào)，直接連接到彩色圖像卡，作為藍(lán)色B分量輸入。從而最終達(dá)到三臺(tái)攝像頭同步工作的目的。
光照環(huán)境對(duì)圖像采集的質(zhì)量有非常重要的影響，特別是在快速實(shí)時(shí)檢測(cè)中，照明必須與攝像機(jī)快門(mén)配合并且可調(diào)節(jié)。大量試驗(yàn)表明，動(dòng)態(tài)采集時(shí)光照對(duì)采集圖像的影響有以下方面照明亮度與快門(mén)不協(xié)調(diào)時(shí)，圖像質(zhì)量將顯著下降。如果場(chǎng)景的亮度過(guò)低，快門(mén)速度低時(shí)，圖像整體曝光不足，不能很好地反應(yīng)所拍場(chǎng)景的細(xì)節(jié)特征。如果場(chǎng)景的亮度合適，選擇的快門(mén)不合適，則圖像中的種子將產(chǎn)生形狀畸變。視場(chǎng)內(nèi)亮度不一致，影響動(dòng)態(tài)檢測(cè)相鄰圖像的拼接精度等。
根據(jù)以上分析，本實(shí)用新型選用電子快門(mén)為1/4000s，選白熾燈作為光源，因?yàn)榘谉霟艟哂休^大的熱慣性，在高頻率范圍內(nèi)，當(dāng)電壓變化時(shí)，由于熱慣性，白熾燈的照明強(qiáng)度基本不發(fā)生變化，所以周期性的頻閃可以忽略掉。
本實(shí)用新型采用了攝像機(jī)與燈光在安裝高度上分層布置的結(jié)構(gòu)方式，攝像機(jī)取像平面與種子播入的膠帶平面尺寸距離為950±50mm。研制了光視場(chǎng)平行光束與垂直光束交叉結(jié)合的空間布光方案，由兩列相距800mm的橫向光源構(gòu)成，每列光源由相距60mm的15只220V、100W白熾燈組成，一列平行于膠帶設(shè)置，一列垂直向上設(shè)置，組成了雙列交叉空間光視場(chǎng)。經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)表明，該照明環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)是增加了照明強(qiáng)度，照明均勻分布，消除了種子陰影，滿(mǎn)足圖像采集、分割對(duì)環(huán)境的要求。
當(dāng)進(jìn)行圖像采集時(shí)，播種機(jī)或排種器安裝在橡膠帶上方，在調(diào)速電機(jī)拖動(dòng)下，橡膠帶相對(duì)播種機(jī)做水平運(yùn)動(dòng)。試驗(yàn)時(shí)，種箱內(nèi)的種子經(jīng)排種器、排種管落在膠帶上。膠帶上涂有潤(rùn)滑油，以將種子粘住，使種子與膠帶不發(fā)生相對(duì)位移。膠帶在通過(guò)測(cè)量系統(tǒng)的三個(gè)攝像頭時(shí)，實(shí)時(shí)采集視場(chǎng)內(nèi)的圖像，對(duì)圖像進(jìn)行處理和分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)種子粒距的測(cè)量。系統(tǒng)程序同時(shí)對(duì)膠帶速度、排種器轉(zhuǎn)速等實(shí)施協(xié)調(diào)控制。檢測(cè)試驗(yàn)臺(tái)在0.5～3m/s范圍內(nèi)，以不同速度運(yùn)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)三臺(tái)播種機(jī)同時(shí)檢測(cè)。
三個(gè)攝像頭的圖像信息需要并行地輸入計(jì)算機(jī)，以實(shí)現(xiàn)利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)處理播種后種子的序列圖像。
攝像頭A、B、C分別完成對(duì)應(yīng)播行的信息采集，由于采用了彩色圖像卡與三個(gè)黑白攝像頭的組合采集方式，同時(shí)采集的三幀黑白圖像信息存儲(chǔ)在一幀彩色圖像中，彩色圖像的RGB分量信息分別為攝像頭A、B、C采集的圖像信息。這樣要對(duì)播行A的排種器進(jìn)行性能檢測(cè)就提取彩色圖像的R分量進(jìn)行處理，其他播行采集方法類(lèi)推。從而解決了三路視頻同時(shí)采集時(shí)的實(shí)時(shí)性問(wèn)題，保證了能夠獲取三個(gè)播種單體工作情況的完整信息。
在存儲(chǔ)時(shí)，第一路視頻的第一幀的第一個(gè)像素(8bit)、第二路視頻的第一幀的第一個(gè)像素(8bit)和第三路視頻的第一幀的第一個(gè)像素(8bit)存儲(chǔ)在一起形成第一個(gè)24bit的存儲(chǔ)單元；第一路視頻的第一幀的第二個(gè)像素(8bit)、第二路視頻的第一幀的第二個(gè)像素(8bit)和第三路視頻的第一幀的第二個(gè)像素(8bit)存儲(chǔ)在一起形成第二個(gè)24bit的存儲(chǔ)單元……，以此類(lèi)推，則形成一個(gè)類(lèi)似于24位的彩色圖像的采集及存儲(chǔ)過(guò)程，將三路黑白視頻攝取并保存下來(lái)。
在存儲(chǔ)結(jié)束后，需要對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理時(shí)，再根據(jù)相同的存儲(chǔ)順序，將第一個(gè)24bit的存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)分離為第一路視頻的第一幀的第一個(gè)像素(8bit)、第二路視頻的第一幀的第一個(gè)像素(8bit)和第三路視頻的第一幀的第一個(gè)像素(8bit)的數(shù)據(jù)；將第二個(gè)24bit的存儲(chǔ)單元內(nèi)的數(shù)據(jù)分離為第一路視頻的第一幀的第二個(gè)像素(8bit)、第二路視頻的第一幀的第二個(gè)像素(8bit)和第三路視頻的第一幀的第二個(gè)像素(8bit)的數(shù)據(jù)。最終將整個(gè)存儲(chǔ)下來(lái)的數(shù)據(jù)還原為三路獨(dú)立視頻的數(shù)據(jù)，從而對(duì)三個(gè)播種單體的播種情況逐一進(jìn)行分析。這樣就解決了三路視頻同時(shí)采集時(shí)的速度問(wèn)題，保證了能夠獲取三個(gè)播種單體工作情況的完整信息。
最后應(yīng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本實(shí)用新型而并非限制本實(shí)用新型所描述的技術(shù)方案；因此，盡管本說(shuō)明書(shū)參照上述的各個(gè)實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型已進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行修改或者等同替換；而一切不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種谷物圖像三通道動(dòng)態(tài)采集裝置，其特征在于它包括傳送帶、光源、攝像頭及圖像采集卡，所述的傳送帶為相互平行設(shè)置的并以相同速度向同一方向勻速運(yùn)動(dòng)的三條傳送帶；所述的光源為兩列與傳送帶相垂直排列的照明燈；所述的攝像頭為三個(gè)黑白攝像頭第一攝像頭、第二攝像頭及第三攝像頭，分別對(duì)應(yīng)設(shè)置在每條傳送帶垂直上方的相同距離位置，并處于兩列照明燈之間；所述的攝像頭通過(guò)一個(gè)視頻分配器連接到圖像采集卡，所述的圖像采集卡為紅色R綠色G藍(lán)色B三分量視頻信號(hào)獨(dú)立采集的彩色圖像采集卡；所述的第一攝像頭的輸出端連接到視頻分配器的輸入端；視頻分配器帶有三個(gè)輸出端，分別接到第二攝像頭、第三攝像頭的外同步端及彩色圖像卡的紅色R分量輸入端；所述的第二攝像頭B的輸出端連接到彩色圖像卡的綠色G分量輸入端；所述的第三攝像頭的輸出端連接到彩色圖像卡的藍(lán)色B分量輸入端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的谷物圖像三通道動(dòng)態(tài)采集裝置，其特征在于所述的傳送帶上表面涂有粘性涂料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的谷物圖像三通道動(dòng)態(tài)采集裝置，其特征在于所述的攝像頭與傳送帶的距離為800～1100毫米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的谷物圖像三通道動(dòng)態(tài)采集裝置，其特征在于所述的攝像頭電子快門(mén)為1/2000秒～1/6000秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的谷物圖像三通道動(dòng)態(tài)采集裝置，其特征在于所述的兩列照明燈之間距離600～1000毫米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1～5任一所述的谷物圖像三通道動(dòng)態(tài)采集裝置，其特征在于所述的照明燈為白熾燈。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的谷物圖像三通道動(dòng)態(tài)采集裝置，其特征在于所述的白熾燈每列分別為10～20盞，最好為15盞。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的谷物圖像三通道動(dòng)態(tài)采集裝置，其特征在于所述的每列相鄰的白熾燈之間距離40～80毫米。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的谷物圖像三通道動(dòng)態(tài)采集裝置，其特征在于所述的白熾燈在傳送帶運(yùn)動(dòng)前方的一列為平行于傳送帶并朝向傳送帶運(yùn)動(dòng)的反方向安裝；所述的白熾燈在傳送帶運(yùn)動(dòng)后方的一列為豎直于傳送帶并向上安裝。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的谷物圖像三通道動(dòng)態(tài)采集裝置，其特征在于所述的白熾燈在傳送帶運(yùn)動(dòng)后方的一列為平行于傳送帶并朝向傳送帶運(yùn)動(dòng)的方向安裝；所述的白熾燈在傳送帶運(yùn)動(dòng)前方的一列為豎直于傳送帶并向上安裝。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種谷物圖像三通道動(dòng)態(tài)采集裝置，它包括傳送帶、光源、攝像頭及圖像采集卡；傳送帶為相互平行設(shè)置的并以相同速度向同一方向勻速運(yùn)動(dòng)的三條傳送帶；光源為兩列與傳送帶相垂直排列的照明燈；攝像頭為三個(gè)黑白攝像頭，分別對(duì)應(yīng)設(shè)置在每條傳送帶垂直上方的相同距離位置，并處于兩列照明燈之間；攝像頭通過(guò)一個(gè)視頻分配器連接到圖像采集卡，圖像采集卡為紅色R、綠色G、藍(lán)色B三分量視頻信號(hào)獨(dú)立采集的彩色圖像采集卡。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了三個(gè)攝像頭的圖像信息能并行地輸入計(jì)算機(jī)，解決了播種機(jī)的動(dòng)態(tài)多通道播種的種子位置信息采集問(wèn)題，其采集精度高，實(shí)時(shí)性好，對(duì)軟件技術(shù)要求不高，硬件成本低。
文檔編號(hào)G01R31/311GK2722611SQ20042009334
公開(kāi)日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2004年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月1日
發(fā)明者李偉, 李民, 林家春 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)