[发明专利]定向播种用的玉米种粒动态图像精选装置及方法

摘要

本发明属于机器视觉技术领域。一种定向播种用的玉米种粒动态图像精选装置及方法，通过玉米种粒动态图像精选装置，能够实现玉米种粒的动态图像信息的采集和检测计算，其通过对玉米种粒的外型特征和玉米种粒图像信息的检测分析，使得其能够实现玉米种粒的精选，吹除尖端露黑色胚部、小型圆形、虫蚀破损、霉变及粘连的种粒，大大提高了精选的精确度，同时为后期的玉米种粒的排列包装以及定向播种提供先决条件；本申请通过数十项检测指标依次对玉米种粒进行检测计算，且整个检测过程机械化程度高，对玉米种粒检测的商业化仪器设备的应用和推广有很大的推动作用。

主权项

1.一种利用玉米种粒动态图像精选装置进行的种粒动态图像精选方法，所述玉米种粒动态图像精选装置包括支撑架、设置在支撑架上的输送装置、依次设置在输送装置上方的图像采集装置和吹除装置、控制系统、以及设置在输送装置下料端的集种箱，所述的图像采集装置与支撑架之间设置有升降调节架；所述的吹除装置包括对应设置在输送装置两侧的气吹嘴和挡向曲滑槽、与气吹嘴连接的气泵组件、和设置在挡向曲滑槽下料口处的回收箱；所述的图像采集装置包括设置在升降调节架上的光源箱、设置在光源箱内的相机和光源，所述的相机的镜头光轴与输送装置的输送带垂直，且所述的光源为两组，两组光源并排对称设置在相机的两侧；所述的控制系统包括上位机图像采集与处理系统和下位机动力控制系统，所述的上位机图像采集与处理系统包括计算机硬件部分和图像采集与处理算法软件部分，所述的下位机动力控制系统包括PLC、步进电机驱动器硬件部分和动力控制系统软件部分，所述的上位机图像采集与处理系统对图像采集处理单元的图像检测结果实时串行通信给下位机动力控制系统；其特征在于，所述种粒动态图像精选方法包括以下步骤：①通过排种器周期性地向输送装置上喂出待测玉米种粒，待测玉米种粒连续均匀的间隔分布在输送装置的输送皮带上，并随同输送装置逐一通过图像采集装置对应的图像采集区域；②图像采集装置逐一对进入图像采集区域的待测玉米种粒采集种粒图像信息，并将种粒图像信息传递给上位机图像采集与处理系统，并由上位机图像采集与处理系统中的图像采集与处理算法对采集到的玉米种粒图像信息进行检测判断；③如检测种粒判定为不合格，则由上位机图像采集与处理系统向PLC发出吹除不合格种粒的指令，PLC根据指令控制吹除装置将不合格种粒吹除，并落入回收箱；如检测种粒判定为合格，则吹除装置不发生指令动作，合格种粒通过输送装置落入集料箱；所述的图像采集与处理算法包括种粒的外形特征检测判断和种粒的尖端露黑色胚部、小型圆形、虫蚀破损、霉变及粘连的图像检测判断；对于玉米种粒的外形特征的检测判断，需获取外形特征的参数，参数获取的方法为：对采集到的种粒样本图像信息进行二值化预处理，得到种粒的二值图像，获取种粒的外形特征参数，所述的种粒的外形特征包括种粒尖端顶点Pa、种粒形心Po、长轴PaPb、短轴PcPd、种粒轮廓曲线PaPcPbPd、长轴方向外接矩形RaRbRcRd、黄色区域面积Sy、白色胚区域面积Sw和长轴上白色胚像素长；长短轴及其延长线将种粒区域和外接矩形均划分为4个子区域，种粒子区域分别为尖端左侧、尖端右侧、宽端左侧、宽端右侧，记其面积依次为S1、S2、S3、S4；矩形子区域分别为RaPaPoPc'、PaRbPd'Po、Pc'PoPb'Rd、PoPd'RcPb'，记其面积依次为ST1、ST2、ST3、ST4；矩形Pc'Pd'RcRd内除去种粒区域之外部分称为底部间隙区，记其面积为Sg；对于种粒的尖端露黑色胚部、小型圆形、虫蚀破损及霉变的不合格种粒图像检测判断，需基于颜色特征进行种粒区域图像分割，对于种粒区域图像分割包括以下步骤：设种粒图像的背景区域的R帧像素最大值Ram，以阈值Ram分割种粒R帧灰度图像，进行大津法二值化，补洞、腐蚀膨胀、200像素去噪处理后，得到种粒区域二值图像，将该图像结果存于内存区Ma中，其中，背景区域的R帧像素最大值Ram的获取是通过采集多个背景样本图像，针对R帧灰度图像分析计算得出；对采集到的种粒样本图像的每个像素点进行以下分析：若R＞B且G＞50，则计算2R‑G‑B值，若R＞B且G≤50、或R≤B，则计算R+G‑2B值，若得出的计算值2R‑G‑B或计算值R+G‑2B大于255，则令R值为255，若得出的计算值2R‑G‑B或计算值R+G‑2B小于0，则令R值为0，得到黄色区域加强后的灰度图像，进行大津法二值化，100像素去噪、膨胀腐蚀、补洞处理后，获得黄色区域的二值图像，将该图像结果存于内存区My中；同时，针对R、G、B帧灰度图像，分析并计算黄色区域的像素平均值Rym、Gym、Bym和标准差Ryd、Gyd、Byd；将预处理后的内存区Ma与My中的图像差分，100像素去噪、补洞处理后，获得种粒准白色区域的二值图像，将该结果图像存于内存区Mq中；设Tm＝(R+G+B)/3，Td＝2Rym‑Gym‑Bym，若原彩色图像上准白色区域中像素点满足R≥Rym，G＞Gym+Gyd且B＞Bym+Byd、或者满足Tm≥100、或者满足R＞B，G≤50且2R‑G‑B＞Td/2，则保持内存区Mq中图像对应像素点处的像素值不变，否则将其像素值置为背景像素值，则得到种粒正常白色区域，进行腐蚀膨胀、50像素去噪处理后获得正常白色区域的二值图像，将该结果图像存于内存区Mw中；将预处理后的内存区Mq与Mw中的图像差分，获得种粒变色区域的二值图像，将该结果存于内存区Mm中。