[發(fā)明專利]稻米參數自動測量裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810048740.7
• 申請日: 2008-08-08
• 公開（公告）號: CN101339117A
• 公開（公告）日: 2009-01-07
• 發(fā)明（設計）人: 駱清銘;劉謙;畢昆;段凌鳳
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01N15/10
• 分類號: G01N15/10;G01B15/00;G01N23/00;G01N33/02
• 代理公司: 武漢開元專利代理有限責任公司
• 代理人: 唐正玉

技術領域

本發(fā)明屬于機器視覺檢測技術，具體涉及一種稻米參數自動測量裝置及方法。該裝置夠自動測量一穗水稻上米粒的參數包括粒數、粒長、粒寬、粒面積等，適用于數字化農業(yè)領域。

背景技術

水稻是我國主要糧食作物之一，在水稻品種試驗、示范、推廣以及高產栽培試驗中。都需要對水稻品種進行考種調查，以確定其利用價值。多數情況下，室內考種主要由科研人員進行人工測量。隨著計算機技術的飛速發(fā)展，機器視覺技術的研究和應用越來越廣泛。與人工檢測技術相比，視覺檢測技術具有速度快、精度高、重復性好等優(yōu)點，在農產品品質檢測領域有著廣闊的應用前景。由于糧食結構的原因，國外對稻米檢測的研究不多。中國農業(yè)大學凌云等人設計了一套動態(tài)谷物圖像檢測系統(tǒng)(文獻出處：凌云，基于機器視覺的谷物外觀品質檢測技術研究，博士學位論文，北京：中國農業(yè)大學，2004)。系統(tǒng)主要由計算機和圖像采集系統(tǒng)構成，計算機中內置圖像采集卡，圖像采集系統(tǒng)由CCD攝像機、光源系統(tǒng)、進料機構、驅動機構和出料機構組成。進料機構由漏斗、數粒儀、進料導槽、限位板和玻璃載物盤組成，使谷物能夠單粒、順序的下落到玻璃載物盤上，以避免采集圖像時出現大量的籽粒粘連現象，但這種單粒下落的方法處理速度很慢。同時由于采用CCD拍照，只能處理脫殼后的稻米，而去殼過程中很容易造成米粒的損傷。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種稻米參數自動測量裝置及方法，該裝置能夠自動測量一穗水稻上米粒的參數包括粒數、粒長、粒寬、粒面積等。

本發(fā)明提供的稻米參數自動測量裝置，包括光電開關1、可控升降板2、單株脫粒儀3、控制按鈕4、射線源鉛盒5、X射線源6、X射線探測器7、手動平移臺8、皮帶9、毛刷10、鉛箱11、X射線源控制器12、計算機13、皮帶控制器14，光電開關1分別與可控升降板2和計算機13相連，且光電開關1和可控升降板2位于單株脫粒儀3入口處，控制按鈕4分別與可控升降板2及計算機13相連，X射線源6放置在鉛盒5中，鉛盒5置于皮帶9上側，鉛盒朝向探測器一面的中部開有一圓形孔，X射線探測器7位于皮帶9內側，X射線探測器7通過螺釘固定在手動平移臺8上，通過手動平移臺調節(jié)X射線探測器7的水平位置使得X射線源6和X射線探測器7位于同一垂直平面上，X射線源6與X射線源控制器12相連，X射線探測器7通過USB接口與與計算機13連接，射線源鉛盒5、X射線源6、X射線探測器7、手動平移臺8、皮帶9及毛刷10都包在鉛箱11內部，皮帶9與皮帶控制器14相連，毛刷10位于皮帶9下部外側。鉛盒及鉛箱都是用于安全防護。

稻米參數自動測量方法，按以下步驟進行：(1)打開X射線源控制器、單株脫粒儀和計算機，每進行一穗水稻的測量工作前，操作人員先按下控制按鈕，控制按鈕發(fā)出信號給計算機，通知計算機開始新的一穗的測量。把稻穗放到單株脫粒儀入口處，光電開關檢測到人手后，發(fā)出信號給計算機，當且僅當計算機接收到了控制按鈕和光電開關兩個信號后，計算機才控制可控升降板上升，暴露出打谷口，允許單株脫粒儀開始打谷。同時計算機開始延時，谷粒由單株脫粒儀出口通過直槽式接口落到皮帶上，由運轉的皮帶分離谷粒，延時1s后，計算機開始啟動X射線探測器拍攝谷粒的圖像數據，完成脫粒工作后，操作人員將脫粒后的稻穗取出，光電開關檢測到人手的離開，發(fā)出信號給計算機，計算機控制可控升降板下降，計算機開始延時，延時4s后計算機停止數據采集；(2)計算機經過數字圖像處理及分析后得到稻米的參數包括粒數、粒長、粒寬、粒面積。

數字圖像處理及分析包括以下幾個步驟：(1)拍攝的圖像中存在較大噪聲，本系統(tǒng)采用NL-means濾波法及中值濾波法濾除圖像的噪聲；(2)將去噪后的圖像閾值二值化，本系統(tǒng)采用聚類法；(3)將二值化后的圖像進行去除小粒子的操作，去掉二值化圖像中的背景噪聲；(4)去噪后的圖像進行開操作，去掉微弱邊緣，然后進行填充操作，填補米粒中間的孔洞；(5)對處理后的圖像進行距離變換得到圖像的距離函數；(6)對距離圖像進行灰度重建，去掉圖像中的區(qū)域極大值，起到‘削峰’的作用；(7)對重建后的圖像進行分水嶺分割；(8)對分割后的圖像單個粒子區(qū)域進行橢圓擬合，得到各谷粒的粒長、粒寬，并通過數區(qū)域內的像素個數得出粒面積；(9)分水嶺分割后可能還存在未分割的粘連籽粒，通過面積判斷的方法將這些籽粒進行平均化處理；面積閾值的選取方法是求(8)中得到的所有粒面積的平均值的倍數。本系統(tǒng)采用1.5倍平均面積作為面積閾值。

NL-means又稱為非局部均值化方法，該算法濾波后的值具有如下公式：