水稻种子纯度检测方法的研究

水稻种子纯度检测方法的研究

0基于机器视觉的水稻种子纯度检测中国是一个伟大的水稻生产国家。水稻高产、优质、高效对确保人民生活，提高出口质量非常重要。因此，优良品种的培育和普及具有重要意义。纯度作为水稻种子质量的一个重要指标,直接影响到水稻的产量,所以纯度检测很有必要。目前,在优质稻种的推广中,难免有一些不法分子添加其他劣质水稻种子品种以获取利润,直接影响了水稻的产量和品质,损害了农民的利益。因此,研制一种快速、无损和准确判断水稻种子纯度的检测装置迫在眉睫。国外在大米品质方面已经有深入的研究,但对基于机器视觉的水稻种子纯度检测装置研究尚不多。国内江苏大学黄星奕对水稻种子纯度检测作了初步研究,根据稻谷的颜色和形状特征,通过贝叶斯决策方法建立识别分类器,对稻谷品种的识别率达88.3%以上;浙江大学成芳建立了水稻种子图像品质数据库;江西农业大学吴继华等研制了基于机器视觉的水稻种子智能化检测仪,但不能连续地采集和检测水稻种子的外观品质。总之,基于机器视觉的水稻种子纯度在线检测在国内还停留在探索阶段,尚需进一步深入的研究。本文对水稻种子实时采集和处理进行了探索,研制了基于机器视觉的水稻种子纯度在线检测装置。1落料机构设计水稻种子纯度检测装置由落料机构、传动装置、光照箱和图像采集装置组成,如图1所示。落料机构主要实现水稻种子规则有序且呈单粒排列的方式;传动装置将水稻种子输送到光照箱中进行图像采集;采集后的图像由计算机进行处理,以判断种子的纯度;通过排料机构将不是同一种类的种子给予清除。其检测流程如图2所示。2该传动器的设计2.1小比单粒水稻种子吹出种子输送带的设计主要考虑水稻种子按粒有规律排列,因此在皮带上按列每隔25mm打上椭圆形的小孔,孔的大小比单粒水稻种子稍大些。为了方便对种子后续排料,皮带上的小孔打成通孔,然后再用丝网粘在底边以防种子掉落,从而能将种子从孔中顺利吹出。考虑到皮带的颜色与水稻种子的差异对后续图像处理的影响,选用了黑色皮带,从而可以在获取图像时提高水稻种子与皮带的对比度,采集到较清晰的图像,并方便后续的图像分割。2.2相异步电机转速变速机构主要由三相异步电机、减速器和变频器组成。由于普通的三相异步电机转速较快(1440r/min),而在线检测的速度达不到这么高的速度,因此需要加减速器减速。变频器的作用是方便调节输送带的速度,从而使水稻种子传输较快,又能达到成像清晰的效果。3种子线式和制约因素的设计为了便于检测和检测后及时对不同种类的种子做出处理,水稻种子必须按粒且有规律地排列在检测带上,这也是本研究装置设计的一个难点。落料机构的设计主要由料斗、镇压轮、滚刷、步进电机和挡板组成。料斗的设计必须考虑落料的速度及落料的宽度。机器视觉获取水稻种子图像后,由于图像处理需要一定的时间,所以落料的速度不能很快。为此,在料斗的上方设计一个较大的开口,方便进料;料斗下方则设计成缝隙式,缝隙宽度刚好容许单粒种子通过,缝隙长度比输送皮带要小,以免种子下落时落在皮带边缘。落在输送带上的种子依靠输送带的摩擦力向上运输,到达滚刷位置时通过滚刷刷进皮带孔内。镇压轮的作用是为了将输送带孔边多余的种子和孔外的种子挤出带外;挡板是防止水稻种子向输送带下方掉落;步进电机的作用是为滚刷提供动力,并获得合适的速度。通过这套落料机构,可以让水稻种子呈单粒、有序地排列在输送带孔内,为后续的图像采集和处理提供了便利条件。4图像采集机构的设计4.1图像采集源采用气源为了增强室内光线,光照箱采用银白色背景,如图3所示。光源采用两排,共32个发光二极管,亮度较大,基本上可以消除图像采集中种子留下的阴影。光照箱内设置了一个可调摄像机高度和水平移动的架子,以便调节物距,让物体成像清晰。4.2分布式光纤色标传感器为了精确拍摄每行种子图像,摄像头采用外部触发拍照。采用了德国Basler数字式像机和日本生产的数字式光纤色标传感器(FX-301)。由于皮带为黑色,为了增大对比度,色标采用了白色,由色标传感器实时检测有无白色色标,实现单触发采集。4.3图像采集环境图像采集的硬件系统由德国Basler相机和一块1394卡组成。该CCD相机的动态在线拍摄效果好,彩色图像拍摄时可达到30帧/s。图像采集界面及处理软件采用VC++6.0。图4为试验过程中拍摄“金优桂99”水稻种子的一幅图像。5数据处理和控制水稻种子排料机构主要由DC24V电磁阀、空气压缩机、色标传感器、继电器和数据采集卡组成。水稻种子由图像采集后,经分析处理,将其结果保存起来,通过软件和PCI8408卡来控制电磁阀的动作。其中,电磁阀的触发动作由色标传感器根据皮带和其上面的色标之间的色差来控制。图像采集时,由于色标传感器的位置到与电磁阀安装在同一水平线的色标传感器位置之间是确定的,这样事先在软件中设置好相应的工位,就可准确地吹掉想要检测的种子。6测试环境分析试验时,采用水稻种子金优桂99、粤占5号、五丰优T205和优166各114粒,在研制的水稻种子检测机上进行图像采集和处理。结果表明,通过长短轴比值可把金优桂99、粤占5号和五丰优T205区分出来。三者的长短轴比值均值分别为4.16,3.72和2.36;其长短轴比值方差分别为0.48,0.46和0.44。7在线监控处理1)设计了一套水稻种子在线检测装