玉米考種方法及其系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)器視覺檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種玉米考種方法及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 玉米是世界三大作物之一，是世界重要的糧食、飼料及工業(yè)原料作物。穗部性狀 和籽粒性狀是決定玉米產(chǎn)量的重要農(nóng)藝性狀，玉米性狀的獲取即玉米室內(nèi)考種是玉米育種 過程中對(duì)育種材料進(jìn)行評(píng)定優(yōu)劣、決定取舍的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，該環(huán)節(jié)包括玉米果穗的穗長(zhǎng)、 穗粗、穗長(zhǎng)寬比、穗行數(shù)、穗行粒數(shù)、穗型、禿尖長(zhǎng)、粒厚、穗重及玉米籽粒的粒長(zhǎng)、粒寬、總粒 數(shù)、總粒重、百粒重等性狀的測(cè)量，而目前玉米性狀測(cè)量主要采用人工測(cè)量，數(shù)據(jù)采集工作 量巨大，存在速度慢、效率低、準(zhǔn)確度差等問題，研究玉米穗粒性狀自動(dòng)提取技術(shù)有助于減 輕育種工作者的勞動(dòng)量，保證數(shù)據(jù)的客觀性、準(zhǔn)確性，提高工作效率。
[0003] 目前，機(jī)器視覺技術(shù)已應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品表面缺陷與損傷、尺寸和表面顏色等農(nóng)產(chǎn)品 重要品質(zhì)特征的檢測(cè)，已有研究者用機(jī)器視覺檢測(cè)玉米果穗的性狀參數(shù)，將單個(gè)玉米果穗 置于旋轉(zhuǎn)臺(tái)，帶動(dòng)玉米果穗旋轉(zhuǎn)，用相機(jī)拍攝果穗的各個(gè)側(cè)面并進(jìn)行圖像拼接，此種方法可 無損檢測(cè)果穗的各個(gè)側(cè)面，但是平均檢測(cè)時(shí)間為102s/穗，檢測(cè)時(shí)間過長(zhǎng)不利于大批量果 穗性狀測(cè)量；采用掃描儀采集圖像，速度慢且玉米果穗有損傷，也不宜用于在線檢測(cè)；玉米 籽粒性狀的檢測(cè)目前主要采用靜態(tài)采集籽粒圖像，但是存在人工干預(yù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是為了克服上述不足提供一種玉米考種方法及其系統(tǒng)。
[0005] -種玉米考種方法，該方法包括以下步驟：
[0006] 第一步：掃描玉米果穗的編號(hào)信息并傳送至第一計(jì)算機(jī)，將同一編號(hào)的多個(gè)玉米 果穗稱重并將重量信息傳送至第一計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)；
[0007] 第二步：將多個(gè)個(gè)玉米果穗置于傳送帶上的兩個(gè)T型擋板之間，使玉米果穗在輸 送過程中不滾動(dòng)，驅(qū)動(dòng)傳送帶運(yùn)行，使玉米果穗置于暗箱的正下方，C⑶面陣列相機(jī)采集玉 米果穗圖像并將圖像傳輸至第一計(jì)算機(jī)；
[0008] 第三步：對(duì)玉米果穗圖像進(jìn)行處理分析，提取玉米果穗的性狀參數(shù)，并對(duì)提取的性 狀進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示；
[0009] 第四步：將采集提取完穗部性狀的玉米果穗放入脫粒機(jī)進(jìn)行脫粒；
[0010] 第五步：掃描第四步中脫完粒度玉米籽粒的編號(hào)信息并傳送至第二計(jì)算機(jī)，
[0011] 第六步：將上述經(jīng)過掃描的玉米籽粒放入振動(dòng)給料機(jī)中，振動(dòng)給料機(jī)將玉米籽粒 散落于輸送帶上，驅(qū)動(dòng)輸送帶運(yùn)行，線陣相機(jī)連續(xù)采集玉米籽粒圖像并將圖像傳輸至第二 計(jì)算機(jī)；
[0012] 第七步：對(duì)采集到的玉米籽粒圖像進(jìn)行拼接，并將拼接完成后的圖像進(jìn)行處理分 析，提取玉米籽粒的性狀參數(shù)，并對(duì)提取的性狀進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示，將所有參與測(cè)量的籽粒稱 重即總粒重，通過總粒重和總粒數(shù)計(jì)算百粒重。
[0013] 進(jìn)一步、所述第三步中玉米果穗圖像處理分析包括如下步驟：
[0014] 第1步：將原始彩色圖像進(jìn)行二值化處理并進(jìn)行去除小區(qū)域、填充操作后，利用 ROI方法提取果穗輪廓，計(jì)算果穗輪廓的長(zhǎng)度即穗長(zhǎng)，計(jì)算果穗中間部分輪廓寬度的平均值 即穗粗，對(duì)果穗圖像像素值求和得穗面積，對(duì)果穗輪廓邊緣像素值求和得穗周長(zhǎng)，分別計(jì)算 離果穗輪廓兩端部1/3處輪廓寬度值，求出此部分果穗輪廓邊緣與果穗長(zhǎng)度方向的夾角；
[0015] 第2步：如果果穗輪廓邊緣與果穗長(zhǎng)度方向的夾角小于4度，則果穗為圓柱型，否 則果穗為圓錐型；
[0016] 第3步：提取果穗原始彩色圖像中間1/2部分的RGB顏色值和紋理特征，根據(jù)果穗 輪廓寬度、RGB顏色值和紋理特征識(shí)別果穗禿尖位置，計(jì)算禿尖長(zhǎng)度并去除禿尖；
[0017] 第4步：對(duì)去除禿尖后的果穗原始圖像進(jìn)行灰度化、低通濾波、形態(tài)學(xué)開操作以及 圖像重建處理，結(jié)合顏色特征利用OTSU方法分割圖像，填充分割后的圖像并去除小顆粒， 根據(jù)玉米顆粒面積將圖像分成粘連玉米籽粒圖像和非粘連玉米籽粒圖像，將粘連玉米籽粒 圖像進(jìn)一步進(jìn)行分水嶺和過分割圖像處理后與非粘連玉米籽粒圖像合并，提取玉米果穗中 間三行玉米籽粒，計(jì)算玉米果穗行數(shù)、穗行粒數(shù)和粒厚。
[0018] 進(jìn)一步、所述第第七步中玉米籽粒圖像處理分析包括如下步驟：
[0019] 第11步：提取第N幀圖像并進(jìn)行二值化、開操作、填充等圖像處理；
[0020] 第12步：將第11步中處理后的圖像分成2部分即第N幀切下部分和剩下部分圖 像，將第N-I幀切下部分圖像和第N幀剩下部分圖像合并，將合并后的圖像去除小區(qū)域后求 投影面積的平均值，識(shí)別圖像中粘連顆粒和非粘連顆粒，利用非粘連顆粒計(jì)算顆粒數(shù)N 2、平 均粒長(zhǎng)和平均粒寬；
[0021] 第13步：將粘連顆粒的面積除以投影面積的平均值得粘連顆粒數(shù)N1，則圖像中玉 米籽粒總粒數(shù)為N mk= N JN2;
[0022] 第14步：通過電子天平獲得所有玉米籽粒的總粒重W，則百粒重=W/Nmk。
[0023] 本發(fā)明所述的玉米考種系統(tǒng)，包括玉米果穗傳送裝置110、玉米果穗圖像采集裝 置120、用于控制玉米果穗傳送裝置110傳送進(jìn)程的第一 PLC裝置130、玉米果穗稱重裝置 140、第一計(jì)算機(jī)150、玉米果穗條碼掃描儀160、玉米果穗位置檢測(cè)裝置170、用于對(duì)采集完 穗部性狀的玉米果穗進(jìn)行脫粒的脫粒機(jī)301、用于接收玉米籽粒的振動(dòng)給料機(jī)302、玉米籽 粒傳送裝置210、玉米籽粒圖像采集裝置220、用于控制玉米籽粒傳送裝置210傳送進(jìn)程的 第二PLC裝置230、玉米籽粒稱重裝置240、第二計(jì)算機(jī)250以及玉米籽粒條碼掃描儀260， 所述玉米果穗條碼掃描儀160、第一 PLC裝置130、玉米果穗圖像采集裝置120以及玉米果 穗稱重裝置140均與第一計(jì)算機(jī)150相連，所述玉米果穗圖像采集裝置120和玉米果穗位 置檢測(cè)裝置170位于玉米果穗傳送裝置110上方，所述振動(dòng)給料機(jī)302的出料口位于玉米 籽粒傳送裝置210上方，所述第二PLC裝置230、玉米籽粒圖像采集裝置220、玉米籽粒稱重 裝置240以及玉米籽粒條碼掃描儀260均與第二計(jì)算機(jī)250相連。
[0024] 本發(fā)明利用T型擋板阻止玉米果穗滾動(dòng)并使果穗之間不粘連，可同時(shí)測(cè)量多個(gè)玉 米果穗的多個(gè)性狀，大大提高了檢測(cè)速度。能自動(dòng)識(shí)別玉米果穗位置，并只當(dāng)玉米果穗位于 CCD相機(jī)下方時(shí)才采集圖像。CCD相機(jī)安裝于暗箱頂部，獲取穩(wěn)定的玉米果穗圖像，通過圖 像處理可高通量獲取穗長(zhǎng)、穗粗、穗長(zhǎng)寬比、穗行數(shù)、穗行粒數(shù)、穗型、禿尖長(zhǎng)、粒厚和穗重。 玉米籽粒輸送線連續(xù)工作，動(dòng)態(tài)獲取批量玉米籽粒圖像，通過圖像拼接、圖像處理程序高通 量獲取玉米籽粒的粒長(zhǎng)、粒寬、總粒數(shù)、總粒重和百粒重。在考種前，通過條碼掃描儀掃描 所要考種的玉米果穗和玉米籽粒編號(hào)，并將掃描到的編號(hào)通過串口傳送至計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行 存儲(chǔ)，以方便用戶對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。本發(fā)明可同時(shí)在線檢測(cè)1個(gè)或2個(gè)或3個(gè)玉米果 穗的多個(gè)性狀，能自動(dòng)識(shí)別玉米果穗位置，玉米果穗傳送速度可調(diào)；本發(fā)明通過調(diào)整相機(jī)視 野，可擴(kuò)展至同時(shí)測(cè)超過3個(gè)果穗的多個(gè)性狀；可動(dòng)態(tài)采集和處理玉米籽粒圖像，高通量提 取玉米籽粒的多個(gè)性狀，測(cè)量6個(gè)穗的所有籽粒，用時(shí)大約72s。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026] 圖2為玉米籽粒的6個(gè)性狀測(cè)量結(jié)果示意圖；
[0027] 圖3本發(fā)明的玉米果穗圖像處理流程；
[0028] 圖4本發(fā)明的玉米籽粒圖像處理流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。
[0030] 實(shí)施例：本發(fā)明所述的玉米考種系統(tǒng)，包括玉米果穗傳送裝置110、玉米果穗圖像 采集裝置120、用于控制玉米果穗傳送裝置110傳送進(jìn)程的第一 PLC裝置130、玉米果穗稱 重裝置140、第一計(jì)算機(jī)150、玉米果穗條碼掃描儀160、玉米果穗位置檢測(cè)裝置170、用于對(duì) 采集完穗部性狀的玉米果穗進(jìn)行脫粒的脫粒機(jī)301、用于接收玉米籽粒的振動(dòng)給料機(jī)302、 玉米籽粒傳送裝置210、玉米籽粒圖像采集裝置220、用于控制玉米籽粒傳送裝置210傳送 進(jìn)程的第二PLC裝置230、玉米籽粒稱重裝置240、第二計(jì)算機(jī)250以及玉米籽粒條碼掃描 儀260,所述玉米果穗條碼掃描儀160、第一 PLC裝置130、玉米果穗圖像采集裝置120以及 玉米果穗稱重裝置140均與第一計(jì)算機(jī)150相連，所述玉米果穗圖像采集裝置120和玉米 果穗位置檢測(cè)裝置170位于玉米果穗傳送裝置110上方，所述振動(dòng)給料機(jī)302的出料口位 于玉米籽粒傳送裝置210上方，所述第二PLC裝置230、玉米籽粒圖像采集裝置220、玉米籽 粒稱重裝置240以及玉米籽粒條碼掃描儀260均與第二計(jì)算機(jī)250相連。振動(dòng)給料機(jī)302 主要由振動(dòng)電機(jī)和斜槽組成，將玉米籽粒放于斜槽內(nèi)，振動(dòng)電機(jī)工作，玉米籽粒隨著電機(jī)的 振動(dòng)滑入玉米籽粒傳送裝置210。
[0031] 所述玉米果穗傳送裝置110包括第一機(jī)架111以及設(shè)有傳送帶112和步進(jìn)電機(jī) 113的皮帶傳