本發(fā)明涉及一種基于線陣ccd的谷物體積測量裝置及其測量方法，屬于谷物體積的測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于線陣ccd的谷物體積精確測量方法。

背景技術(shù)：

高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)是當(dāng)今谷物育種的主要目標(biāo)，而籽粒是產(chǎn)量和品質(zhì)的最終體現(xiàn)方式。谷物種子的物理性狀是種子加工與貯藏的基礎(chǔ)，是產(chǎn)量的最終體現(xiàn)，研究谷物種子的物理性狀對品種的選育和種子加工貯藏具有重要的指導(dǎo)意義。因此，谷物籽粒物理性狀越來越受到遺傳育種工作者的重視，研究與產(chǎn)量相關(guān)的籽粒體積等性狀，對指導(dǎo)谷物產(chǎn)量的提升具有重要意義。

現(xiàn)階段谷物體積的測定多采用標(biāo)準(zhǔn)容器結(jié)合百粒重或千粒重進(jìn)行換算，即將谷物在給定容積的容器內(nèi)裝滿并稱重，根據(jù)百粒重或千粒重所測總體積，進(jìn)而計(jì)算出每粒玉米種子的體積，但批量測量所得體積值精準(zhǔn)度低。針對谷物形狀不規(guī)則的特點(diǎn)，若使用傳統(tǒng)排水法測量單粒谷物體積，在測量過程中，谷物浸入水中后會快速吸水，導(dǎo)致谷物體積脹大，增大測量誤差。因此，缺少精確測量單粒谷物體積的測量方法和測量裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于線陣ccd的谷物體積測量裝置及其測量方法；是在排液法測體積的基礎(chǔ)上，依靠圖像處理技術(shù)讀取測量容器的測量值，避免測量誤差，使體積測量更快捷、更簡便、更準(zhǔn)確。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種基于線陣ccd的谷物體積測量裝置，包括線陣ccd相機(jī)、相機(jī)底座、相機(jī)固定架、小圓珠、彈簧、滑軌、工控機(jī)、量筒、背景板、底部固定板和谷物盛放裝置；

所述量筒與背景板平行垂直可活動(dòng)固定在底部固定板上，底部固定板保持水平；量筒位于背景板前方，且量筒底部圓心位于一條與背景板平行的水平線上；所述量筒內(nèi)徑大小不同，用于測量不同的谷物；每個(gè)量筒中盛放有帶有顏色的液體；使用時(shí)，設(shè)置所述液體顏色與背景板顏色不同，呈現(xiàn)顯著對比；所述底部固定板保持水平且與背景板垂直；

所述谷物盛放裝置包括載重和谷物盛放袋。載重位于谷物盛放袋下方，能將谷物盛放裝置完全浸入量筒內(nèi)的液體中；所述谷物盛放袋用于密封放置谷物，放入谷物后谷物盛放袋內(nèi)保證真空環(huán)境，測量過程中將谷物與液體隔離，為谷物提供干燥環(huán)境，避免谷物與液體直接接觸吸水脹大；

線陣ccd相機(jī)通過相機(jī)固定架垂直固定在相機(jī)底座上，相機(jī)固定架中部的內(nèi)部是中空圓柱，相機(jī)鏡頭的中軸線與所述中部圓柱的中軸線位于同一個(gè)與底部固定板垂直的平面內(nèi)；

所述中空的圓柱內(nèi)設(shè)有定位卡口裝置；定位卡口裝置由小圓珠和彈簧組成；相機(jī)固定架底部設(shè)有錐形孔，錐形孔的圓心位于中空圓柱的中軸線上；所述小圓珠放在錐形孔內(nèi)，小圓珠上方設(shè)有一彈簧，彈簧一直處于被壓縮狀態(tài)，小圓珠在彈簧壓力下能縮回或露出錐形孔外；

底部固定板上設(shè)有滑軌，滑軌與背景板平行并位于量筒正前方；相機(jī)固定架可活動(dòng)放置在滑軌上，相機(jī)固定架能沿滑軌前后滑動(dòng)；相機(jī)固定架用于放置線陣ccd相機(jī)；線陣ccd相機(jī)通過在滑軌上前后移動(dòng)拍攝不同位置的量筒刻度圖像，并將量筒刻度圖像傳回工控機(jī)；

每個(gè)量筒中軸線與背景板垂直的平面和滑軌的交點(diǎn)處設(shè)有定位孔，定位卡口裝置將相機(jī)固定架固定在定位孔中，線陣ccd相機(jī)鏡頭的中心能正對著量筒的中軸線；當(dāng)線陣ccd相機(jī)經(jīng)滑軌到達(dá)量筒正前方時(shí)，所述小圓珠卡在定位孔上，用于固定相機(jī)固定架，以使相機(jī)鏡頭正對著量筒。

所述工控機(jī)與線陣ccd相機(jī)通過數(shù)據(jù)線連接；工控機(jī)用于處理谷物放入量筒前后線陣ccd相機(jī)拍攝的照片，并計(jì)算液面變化高度，轉(zhuǎn)換為谷物體積。

本發(fā)明所述的一種精確測量谷物體積的方法，包括以下步驟:

s1、將線陣ccd相機(jī)鏡頭中心對準(zhǔn)量筒中軸線，拍攝初始值圖像image0；

s2、在背景板上畫上參照刻度，用線陣ccd相機(jī)拍攝刻度參考值圖像image1；

s3、提取兩次定點(diǎn)拍攝圖像image0和image1的所有像素，將兩張圖片每行每列所對應(yīng)的像素進(jìn)行做差，得到第三個(gè)圖像image2；

s4、從image2中取出有參考刻度的圖像，在工業(yè)機(jī)里計(jì)算參考刻度代表的像素高度。

s5、在不同內(nèi)徑的量筒內(nèi)盛放帶有顏色的液體，量筒后面放置背景板，設(shè)置液體顏色和背景板顏色不同，兩者顏色有極大差別，呈顯著對比色；液體顏色為紅色、黃色或藍(lán)色等，背景板顏色為綠色、黑色或白色等；

s6、先將未放入谷物的谷物盛放裝置里的氣體抽空，將谷物盛放裝置完全浸入液體內(nèi)，將線陣ccd相機(jī)鏡頭中心對準(zhǔn)量筒的中軸線，然后用線陣ccd相機(jī)拍攝液面初始高度圖像image3；

s7、將帶谷物的盛放裝置內(nèi)的氣體抽空，再將盛放有谷物的盛放裝置完全浸入液體中，用線陣ccd相機(jī)拍攝液面此時(shí)高度圖像image4；

s8、提取兩次定點(diǎn)拍攝圖像image3和image4的所有像素，將兩張圖片所對應(yīng)的像素進(jìn)行做差，得到第三個(gè)圖像image5；

s9、從image5中取出液面高度變化部分的圖像，計(jì)算像素高度；

s10、依據(jù)實(shí)際參照刻度將像素高度轉(zhuǎn)換為實(shí)際高度h，再根據(jù)量筒內(nèi)徑d，

依據(jù)體積計(jì)算公式v＝h·π·d²/4，最終得谷物精確體積。

本發(fā)明使用線陣ccd相機(jī)獲取圖像具有如下特有的優(yōu)勢：

1、本發(fā)明所使用的線陣ccd相機(jī)的傳感器只有一行感光單元，因此具有高掃描頻率和高分辨率；

2、掃描行的坐標(biāo)由光柵提供，高精度的光柵尺的示值精度可高于面陣ccd像元間距的制造精度，從這個(gè)意義上講，線陣ccd獲取的圖像在掃描方向上的精度可高于面陣ccd圖像；

3、線陣ccd亞像元的拼接技術(shù)可將兩個(gè)ccd芯片的像元在線陣的排列長度方向上用光學(xué)的方法使之相互錯(cuò)位1/2個(gè)像元，相當(dāng)于將第二片ccd的所有像元依次插入第一片ccd的像元間隙中，間接“減小”線陣ccd像元尺寸，提高了ccd的分辨率，緩解了由于受工藝和材料影響而很難減小ccd像元尺寸的難題，在理論上可獲得比面陣ccd更高的分辨率和精度。

本發(fā)明有益效果：本發(fā)明彌補(bǔ)了國內(nèi)對于測量單粒谷物體積測量方法和測量裝置的缺失，采用基于線陣ccd相機(jī)的谷物體積測量方法，有效提高了測量精度，避免了測量誤差，為之后的研究提供了可靠的依據(jù)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整機(jī)結(jié)構(gòu)圖。

圖2是線陣ccd相機(jī)拍攝裝置。

圖3是谷物盛放裝置示意圖。

圖4是定位卡口裝置。

圖中：1、底部固定板2、量筒3、背景板4、線陣ccd相機(jī)5、相機(jī)底座6、相機(jī)固定架7、工控機(jī)8、數(shù)據(jù)線9、滑軌10、谷物盛放裝置11、玉米種子12、彈簧13、小圓珠

具體實(shí)施方式

為了更好的理解上述技術(shù)方案，下面將結(jié)合說明書附圖以及具體的實(shí)施方式對上述技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。

本發(fā)明中，液體顏色可以是紅色、黃色或藍(lán)色等，背景板3顏色可以是綠色、黑色或白色等；設(shè)置液體顏色與背景板顏色具有極大差別，呈現(xiàn)顯著對比即可。液體可以使用水加各種顏色調(diào)制。量筒2內(nèi)徑根據(jù)谷物的大小確定。

如圖1-圖3所示，不同內(nèi)徑規(guī)格的量筒2中盛放有紅色液體，量筒2后面放置綠色背景板3，量筒2與背景板3平行且固定在底部固定板1上，底部固定板1保持水平且與背景板3垂直；谷物盛放裝置10分為兩部分，一是載重，保證谷物盛放裝置完全浸入量筒內(nèi)的液體中，二是谷物盛放袋，放入谷物后袋內(nèi)為真空環(huán)境，作用是測量過程中將谷物與液體隔離，為谷物提供干燥環(huán)境，避免谷物與液體直接接觸吸水脹大；線陣ccd相機(jī)4固定在相機(jī)底座上，并與相機(jī)固定架6相連，相機(jī)固定架6中部是中空圓柱，相機(jī)鏡頭的中軸線與相機(jī)固定架6中部圓柱的中軸線同在一個(gè)平面并與底部固定板1垂直；相機(jī)固定架6里有定位卡口裝置，定位卡口裝置是由小圓珠13和彈簧12組成，相機(jī)固定架6底部開錐形孔，錐形孔內(nèi)大外小，小圓珠放在錐形孔內(nèi)，小圓珠13上方有一彈簧12，彈簧12一直處于被壓縮狀態(tài)，小圓珠13受壓露出錐形孔外。底部固定板1上設(shè)有滑軌9，線陣ccd相機(jī)4固定在相機(jī)固定架6上，相機(jī)固定架6在滑軌9上前后移動(dòng)能夠保證線陣ccd相機(jī)4拍攝不同位置的量筒2刻度圖像，并將圖像傳回工控機(jī)；量筒2中軸線前方與背景板3垂直的平面和滑軌9的交點(diǎn)處的滑軌9上設(shè)有定位孔，使相機(jī)固定架6經(jīng)過定位孔時(shí)，卡口裝置正好將相機(jī)固定架6卡在定位孔上，使相機(jī)鏡頭的中心正對著量筒2的中軸線；工控機(jī)7用于處理谷物放入量筒前后線陣ccd相機(jī)4拍攝的照片，并計(jì)算液面變化高度，轉(zhuǎn)換為谷物體積。

一種精確測量谷物體積的方法，步驟以下：

s1、將線陣ccd相機(jī)4鏡頭中心對準(zhǔn)量筒2中軸線，拍攝初始值圖像image0；

s2、在背景板3上畫上參照刻度，用線陣ccd相機(jī)4拍攝刻度參考值圖像image1；

s3、提取兩次定點(diǎn)拍攝圖像image0和image1的所有像素，將兩張圖片每行每列所對應(yīng)的像素進(jìn)行做差，得到第三個(gè)圖像image2；

s4、從image2中取出有參考刻度的圖像，在工業(yè)機(jī)里計(jì)算參考刻度代表的像素高度；

s5、在不同內(nèi)徑的量筒內(nèi)盛放有色液體，量筒2后面放置背景板3，液體顏色與背景板顏色有極大差別；

s6、先將未放入谷物的谷物盛放裝置10里的氣體抽空，將谷物盛放裝置完全浸入液體內(nèi)，將線陣ccd相機(jī)4鏡頭中心對準(zhǔn)量筒2的中軸線，然后用線陣ccd相機(jī)拍攝液面初始高度圖像image3；

s7、將帶谷物的盛放裝置內(nèi)的氣體抽空，再將盛放有谷物的盛放裝置完全浸入液體中，用線陣ccd相機(jī)4拍攝液面此時(shí)高度圖像image4；

s8、提取兩次定點(diǎn)拍攝圖像image3和image4的所有像素，將兩張圖片所對應(yīng)的像素進(jìn)行做差，得到第三個(gè)圖像image5；

s9、從image5中取出液面高度變化部分的圖像，計(jì)算像素高度；

s10、依據(jù)實(shí)際參照刻度將像素高度轉(zhuǎn)換為實(shí)際高度h，再根據(jù)量筒2內(nèi)徑d，

依據(jù)體積計(jì)算公式v＝h·π·d²/4，最終得谷物精確體積。