[发明专利]稻米参数自动测量装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于机器视觉检测技术，具体涉及一种稻米参数自动测量装置及方法。该装置够自动测量一穗水稻上米粒的参数包括粒数、粒长、粒宽、粒面积等，适用于数字化农业领域。

背景技术

水稻是我国主要粮食作物之一，在水稻品种试验、示范、推广以及高产栽培试验中。都需要对水稻品种进行考种调查，以确定其利用价值。多数情况下，室内考种主要由科研人员进行人工测量。随着计算机技术的飞速发展，机器视觉技术的研究和应用越来越广泛。与人工检测技术相比，视觉检测技术具有速度快、精度高、重复性好等优点，在农产品品质检测领域有着广阔的应用前景。由于粮食结构的原因，国外对稻米检测的研究不多。中国农业大学凌云等人设计了一套动态谷物图像检测系统(文献出处：凌云，基于机器视觉的谷物外观品质检测技术研究，博士学位论文，北京：中国农业大学，2004)。系统主要由计算机和图像采集系统构成，计算机中内置图像采集卡，图像采集系统由CCD摄像机、光源系统、进料机构、驱动机构和出料机构组成。进料机构由漏斗、数粒仪、进料导槽、限位板和玻璃载物盘组成，使谷物能够单粒、顺序的下落到玻璃载物盘上，以避免采集图像时出现大量的籽粒粘连现象，但这种单粒下落的方法处理速度很慢。同时由于采用CCD拍照，只能处理脱壳后的稻米，而去壳过程中很容易造成米粒的损伤。

发明内容

本发明的目的在于提供一种稻米参数自动测量装置及方法，该装置能够自动测量一穗水稻上米粒的参数包括粒数、粒长、粒宽、粒面积等。

本发明提供的稻米参数自动测量装置，包括光电开关1、可控升降板2、单株脱粒仪3、控制按钮4、射线源铅盒5、X射线源6、X射线探测器7、手动平移台8、皮带9、毛刷10、铅箱11、X射线源控制器12、计算机13、皮带控制器14，光电开关1分别与可控升降板2和计算机13相连，且光电开关1和可控升降板2位于单株脱粒仪3入口处，控制按钮4分别与可控升降板2及计算机13相连，X射线源6放置在铅盒5中，铅盒5置于皮带9上侧，铅盒朝向探测器一面的中部开有一圆形孔，X射线探测器7位于皮带9内侧，X射线探测器7通过螺钉固定在手动平移台8上，通过手动平移台调节X射线探测器7的水平位置使得X射线源6和X射线探测器7位于同一垂直平面上，X射线源6与X射线源控制器12相连，X射线探测器7通过USB接口与与计算机13连接，射线源铅盒5、X射线源6、X射线探测器7、手动平移台8、皮带9及毛刷10都包在铅箱11内部，皮带9与皮带控制器14相连，毛刷10位于皮带9下部外侧。铅盒及铅箱都是用于安全防护。

稻米参数自动测量方法，按以下步骤进行：(1)打开X射线源控制器、单株脱粒仪和计算机，每进行一穗水稻的测量工作前，操作人员先按下控制按钮，控制按钮发出信号给计算机，通知计算机开始新的一穗的测量。把稻穗放到单株脱粒仪入口处，光电开关检测到人手后，发出信号给计算机，当且仅当计算机接收到了控制按钮和光电开关两个信号后，计算机才控制可控升降板上升，暴露出打谷口，允许单株脱粒仪开始打谷。同时计算机开始延时，谷粒由单株脱粒仪出口通过直槽式接口落到皮带上，由运转的皮带分离谷粒，延时1s后，计算机开始启动X射线探测器拍摄谷粒的图像数据，完成脱粒工作后，操作人员将脱粒后的稻穗取出，光电开关检测到人手的离开，发出信号给计算机，计算机控制可控升降板下降，计算机开始延时，延时4s后计算机停止数据采集；(2)计算机经过数字图像处理及分析后得到稻米的参数包括粒数、粒长、粒宽、粒面积。

数字图像处理及分析包括以下几个步骤：(1)拍摄的图像中存在较大噪声，本系统采用NL-means滤波法及中值滤波法滤除图像的噪声；(2)将去噪后的图像阈值二值化，本系统采用聚类法；(3)将二值化后的图像进行去除小粒子的操作，去掉二值化图像中的背景噪声；(4)去噪后的图像进行开操作，去掉微弱边缘，然后进行填充操作，填补米粒中间的孔洞；(5)对处理后的图像进行距离变换得到图像的距离函数；(6)对距离图像进行灰度重建，去掉图像中的区域极大值，起到‘削峰’的作用；(7)对重建后的图像进行分水岭分割；(8)对分割后的图像单个粒子区域进行椭圆拟合，得到各谷粒的粒长、粒宽，并通过数区域内的像素个数得出粒面积；(9)分水岭分割后可能还存在未分割的粘连籽粒，通过面积判断的方法将这些籽粒进行平均化处理；面积阈值的选取方法是求(8)中得到的所有粒面积的平均值的倍数。本系统采用1.5倍平均面积作为面积阈值。

NL-means又称为非局部均值化方法，该算法滤波后的值具有如下公式：