本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)谷物與豆類考種的技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種基于機(jī)器視覺的谷物與豆類千粒重及含水量檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

根據(jù)《gb/t5519-2008谷物與豆類千粒重的測定要求》，千粒重＝(1000xm0)/n,m0是試樣質(zhì)量，n是試樣的粒數(shù)。

千粒重是衡量谷物與豆類飽滿程度的關(guān)鍵指標(biāo)和預(yù)測田間產(chǎn)量的重要依據(jù)，這個(gè)指標(biāo)對于中國這個(gè)需要用世界7%的土地來養(yǎng)育世界22%人口的國家來說，其重要性不言而喻。

然而現(xiàn)今中國鄉(xiāng)下大部分采用的考種方式還是人工計(jì)數(shù)并采用杠桿天平進(jìn)行稱重的這種原始而又不高效的方式；也有較多采用光電管統(tǒng)計(jì)種子數(shù)目的方式，這種方式對于不一樣的半徑大小種子需要使用不一樣的零件，且當(dāng)種子出現(xiàn)重疊粘連現(xiàn)象或交叉現(xiàn)象時(shí)計(jì)數(shù)極易出現(xiàn)誤差，不僅操作繁瑣，成本較高，而且精度也低。

隨著機(jī)器視覺和圖像處理技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的人們開始研究利用機(jī)器視覺進(jìn)行考種的方式，這種方式不需要根據(jù)種子的不同更改儀器上的設(shè)備，而且編譯好程序后，只需要相機(jī)拍攝圖像就能進(jìn)行計(jì)數(shù)，大大減小能量消耗。然而對于谷物與豆類這種尺寸較小且輪廓不均勻的對象來說，最艱難的任務(wù)莫過于如何解決種子粘連、堆疊的問題。

考慮到現(xiàn)今社會(huì)上存在的販賣陳舊、發(fā)霉谷物的社會(huì)問題，農(nóng)業(yè)上對于谷物含水量檢測的需求也越來越強(qiáng)烈，根據(jù)西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)者對基于千粒重的谷物含水量的研究，在其所測的樣品數(shù)據(jù)中，谷物的含水量和千粒重都具有明顯的線性關(guān)系，由線性回歸處理后得到的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了較高的水平，比如某一玉米樣品中，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.975748，具有良好的線性特征。說明二者之間可以通過函數(shù)關(guān)系進(jìn)行換算，在得到谷物千粒重的同時(shí)可計(jì)算該類谷物的含水量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明針對傳統(tǒng)散料板易使谷物粘連、堆疊而造成的計(jì)數(shù)難點(diǎn)以及農(nóng)業(yè)上對于谷物含水量檢測的需求等問題，提供了一種精準(zhǔn)可靠、結(jié)構(gòu)簡潔，并且可有效減少種子粘連、堆疊，減小后期圖像處理難度的基于機(jī)器視覺的谷物與豆類千粒重及含水量檢測系統(tǒng)。

本發(fā)明至少包括ccd相機(jī)機(jī)構(gòu)、風(fēng)琴式可伸縮散料板機(jī)構(gòu)、條形光源機(jī)構(gòu)、精密電子天平、機(jī)箱、上位機(jī)模塊和條碼打印機(jī)模塊。

在機(jī)箱內(nèi)放置有所述風(fēng)琴式可伸縮散料板機(jī)構(gòu)、所述條形光源機(jī)構(gòu)、所述精密電子天平機(jī)構(gòu)，其中所述精密電子天平位于所述風(fēng)琴式可伸縮散料板機(jī)構(gòu)正下方，用于對谷物與豆類進(jìn)行稱重；

所述機(jī)箱殼體正面放置一顯示屏，用于顯示電子天平中的示數(shù)；

所述機(jī)箱殼體右面開一窗口，用于所述風(fēng)琴式可伸縮散料板機(jī)構(gòu)的伸縮調(diào)節(jié)；

所述機(jī)箱殼體后面開一窗口，用于所述風(fēng)琴式可伸縮散料板機(jī)構(gòu)、所述條形光源機(jī)構(gòu)、所述精密電子天平的電源線和通訊連接線的引出；

所述機(jī)箱殼體上方開一窗口，用于所述ccd相機(jī)機(jī)構(gòu)采集所述風(fēng)琴式可伸縮散料板上谷物的圖像；

所述上位機(jī)模塊用于所述ccd相機(jī)機(jī)構(gòu)采集的圖像的計(jì)數(shù)處理、千粒重和含水量計(jì)算以及給條碼打印機(jī)模塊發(fā)送命令打印帶有信息的條碼；

所述條碼打印機(jī)模塊用于打印包含種子粒數(shù)、重量、千粒重、含水量的信息；

所述風(fēng)琴式可伸縮散料板機(jī)構(gòu)包括可伸縮散料板、滑軌、滑塊、絲杠；可伸縮散料板與所述滑塊相連接，所述滑塊中央設(shè)有一通孔，所述絲杠與所述通孔相配合，轉(zhuǎn)動(dòng)絲桿使得滑塊能夠沿滑軌移動(dòng)，從而使所述可伸縮散料板做拉伸運(yùn)動(dòng)。

進(jìn)一步說，所述ccd相機(jī)機(jī)構(gòu)位于所述機(jī)箱的正上方，所述ccd相機(jī)機(jī)構(gòu)通過支撐桿與所述機(jī)箱連接；所述的ccd相機(jī)機(jī)構(gòu)由工業(yè)ccd相機(jī)、相機(jī)夾、連接塊、緊固旋鈕、上下微調(diào)旋鈕、前后微調(diào)旋鈕組成；所述工業(yè)ccd相機(jī)通過所述緊固旋鈕固定在相機(jī)夾上，所述連接塊與所述相機(jī)夾相連接，所述連接塊上設(shè)有通孔，通過緊固螺絲將所述連接塊上的通孔與支撐桿相配合；所述連接塊上設(shè)有螺紋孔，所述連接塊通過螺紋孔與所述上下微調(diào)旋鈕和前后微調(diào)旋鈕相配合，可調(diào)節(jié)所述ccd相機(jī)的高度以及前后位置。

進(jìn)一步說，所述可伸縮散料板以pvc硬板材料為龍骨支撐，外層為透光性材料，所述龍骨與所述外層材料通過熱合連接。

進(jìn)一步說，所述風(fēng)琴式可伸縮散料板機(jī)構(gòu)中絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)由手搖手柄或電動(dòng)手柄帶動(dòng)。

進(jìn)一步說，所述條形光源機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)條形光源，在所述條形光源兩個(gè)側(cè)面分別有四個(gè)螺紋孔，通過緊固螺絲將所述條形光源固定于所述機(jī)箱的殼體上方，所述條形光源的照向所述風(fēng)琴式可伸縮散料板機(jī)構(gòu)。

進(jìn)一步說，所述機(jī)箱殼體上方窗口處配合有兩塊擋板以防止種子滑落。

進(jìn)一步說，所述精密電子天平配置有標(biāo)準(zhǔn)rs232數(shù)據(jù)輸出接口，與所述上位機(jī)模塊和所述條碼打印機(jī)模塊相連接。

進(jìn)一步說，所述上位機(jī)模塊對所述ccd相機(jī)所采集的圖像中的谷物或豆類進(jìn)行計(jì)數(shù)，數(shù)目計(jì)為n，所述上位機(jī)模塊通過rs232串口通信得到所述精密電子天平的示數(shù)，計(jì)為m，其單位為克，所述上位機(jī)模塊的千粒重計(jì)算公式為：千粒重=(1000×m)/n。谷物與豆類千粒重和含水量通過函數(shù)關(guān)系進(jìn)行換算，在得到谷物與豆類千粒重的同時(shí)可計(jì)算該類谷物與豆類的含水量。

本發(fā)明外形簡潔、通用性強(qiáng)，且針對傳統(tǒng)散料板易使谷物粘連、堆疊而造成的計(jì)數(shù)難點(diǎn)以及農(nóng)業(yè)上對于谷物含水量檢測的需求等問題，提出了一種可伸縮散料板機(jī)構(gòu)以及基于千粒重的谷物含水量計(jì)算方法，本發(fā)明可有效減少種子粘連、堆疊以及減小后期圖像處理難度，為一種高效的基于機(jī)器視覺的谷物與豆類千粒重及含水量檢測系統(tǒng)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的一個(gè)方向立體結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明的主視圖；

圖3是本發(fā)明的左視圖；

圖4是本發(fā)明的俯視圖；

圖5是本發(fā)明機(jī)箱內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述。

如圖1所示，本發(fā)明包括：ccd相機(jī)機(jī)構(gòu)100、可伸縮散料板機(jī)構(gòu)200、條形光源機(jī)構(gòu)300、精密電子天平400、支撐桿500、機(jī)箱600、上位機(jī)模塊700和條碼打印機(jī)模塊800。

所述ccd相機(jī)機(jī)構(gòu)100位于所述機(jī)箱600的正上方，所述ccd相機(jī)機(jī)構(gòu)通過所述支撐桿500與所述機(jī)箱600連接，所述機(jī)箱600內(nèi)放置有所述可伸縮散料板機(jī)構(gòu)200、所述條形光源機(jī)構(gòu)300和所述精密電子天平400，其中所述可伸縮散料板機(jī)構(gòu)200位于所述精密電子天平400正上方，兩個(gè)所述條形光源機(jī)構(gòu)300位于所述可伸縮散料板機(jī)構(gòu)200的側(cè)方。

如圖2、3、4所示，所述的ccd相機(jī)機(jī)構(gòu)100由工業(yè)ccd相機(jī)101、相機(jī)夾102、連接塊103、緊固旋鈕104、上下微調(diào)旋鈕105、前后微調(diào)旋鈕106組成。所述工業(yè)ccd相機(jī)101通過所述緊固旋鈕104固定在相機(jī)夾102上，所述連接塊103與所述相機(jī)夾102相連接，所述連接塊103上設(shè)有通孔，通過所述緊固螺絲104將所述連接塊103上的通孔與所述支撐桿500相配合；所述連接塊103上設(shè)有螺紋孔，所述連接塊103通過螺紋孔與所述上下微調(diào)旋鈕105和前后微調(diào)旋鈕106相配合，可調(diào)節(jié)所述ccd相機(jī)101的高度以及前后位置。

如圖2、3、4、5所示，所述可伸縮散料板機(jī)構(gòu)200由風(fēng)琴式可伸縮散料板201、底板202、滑軌203、滑塊204、絲杠205、手搖手柄206組成。所述風(fēng)琴式可伸縮散料板201以pvc硬板材料為龍骨支撐，外層為良好透光性材料，所述龍骨與所述外層材料通過熱合連接，可通過拉伸改變所述風(fēng)琴式可伸縮散料板槽寬間隔。所述風(fēng)琴式可伸縮散料板201與所述滑塊204相連接，所述滑塊204中央設(shè)有一通孔，所述絲杠205與所述通孔相配合，所述絲杠205與所述滑塊204、所述滑軌203相配合，所述手搖手柄206與所述絲杠205、所述滑塊204相連接，轉(zhuǎn)動(dòng)所述手搖手柄206可使所述絲杠205轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使所述風(fēng)琴式可伸縮散料板201做前后拉伸運(yùn)動(dòng)。根據(jù)待測種子尺寸調(diào)節(jié)所述風(fēng)琴式可伸縮散料板201槽寬間隔使種子規(guī)則排列。

所述條形光源機(jī)構(gòu)300由2個(gè)條形光源301和8個(gè)緊固螺絲302組成。所述條形光源301兩個(gè)側(cè)面分別有4個(gè)m3螺紋孔，通過m3緊固螺絲302將所述條形光源301固定于所述機(jī)箱600的殼體上方，所述條形光源301的照射方向均為所述可伸縮散料板機(jī)構(gòu)200。

所述精密電子天平400放置在所述可伸縮散料板機(jī)構(gòu)200的下方，用于對種子進(jìn)行稱重。所述精密電子天平400配置有標(biāo)準(zhǔn)rs232數(shù)據(jù)輸出接口，可與所述上位機(jī)模塊700和所述條碼打印機(jī)模塊800相連接。

所述機(jī)箱600內(nèi)放置有所述可伸縮散料板機(jī)構(gòu)200、所述條形光源機(jī)構(gòu)300、所述精密電子天平400，其中所述機(jī)箱600殼體正面放置一顯示屏601，用于顯示電子天平中的示數(shù)；所述機(jī)箱600殼體右面開一窗口602，用于所述可伸縮散料板機(jī)構(gòu)的伸縮調(diào)節(jié)；所述機(jī)箱殼體后面開一窗口，用于所述可伸縮散料板機(jī)構(gòu)200、所述條形光源機(jī)構(gòu)300、所述精密電子天平400的電源線和通訊連接線的引出；所述機(jī)箱600殼體上方開一窗口603，用于所述ccd相機(jī)101采集所述風(fēng)琴式可伸縮散料板201上谷物的圖像。所述機(jī)箱殼體上方窗口處配合有兩塊擋板604以防止種子滑落。

所述上位機(jī)模塊700用于所述ccd相機(jī)機(jī)構(gòu)100所采集的圖像的計(jì)數(shù)處理、千粒重和含水量計(jì)算以及給條碼打印機(jī)模塊800發(fā)送命令打印帶有信息的條碼。所述上位機(jī)模塊700對所述ccd相機(jī)101所采集的圖像進(jìn)行計(jì)數(shù)，其個(gè)數(shù)計(jì)為n；所述上位機(jī)模塊700通過rs232串口通信得到所述精密電子天平400的示數(shù)，計(jì)為m，其單位為克(g)，所述上位機(jī)模塊700的千粒重計(jì)算公式為：千粒重(g)=(1000×m)/n；所述上位機(jī)模塊700根據(jù)事先標(biāo)定的同類谷物千粒重與含水量的對應(yīng)關(guān)系式，可由所述千粒重值計(jì)算得到谷物含水量。

所述條碼打印機(jī)模塊800用于打印種子粒數(shù)、重量、千粒重值、含水量等信息。

本裝置開始工作時(shí)，首先將精密電子天平400歸零，將待測種子散落于可伸縮散料板機(jī)構(gòu)201上，根據(jù)種子尺寸轉(zhuǎn)動(dòng)手搖手柄206自定義拉伸調(diào)節(jié)風(fēng)琴式可伸縮散料板201槽寬使種子規(guī)則排列且不至于堆疊，開啟光源301通過ccd相機(jī)101采集圖像后發(fā)送至上位機(jī)模塊700進(jìn)行圖像處理且計(jì)數(shù)；與此同時(shí)，通過精密電子天平400進(jìn)行稱重，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后將重量數(shù)據(jù)通過rs232通訊線傳送至上位機(jī)模塊700，進(jìn)行待測谷物與豆類的千粒重計(jì)算。并可事先通過水分儀標(biāo)定不同品種谷物與豆類的含水量，通過matlab等軟件得到其與千粒重之間的函數(shù)關(guān)系式，即可通過已得的千粒重值計(jì)算得到待測谷物與豆類的含水量。