[發(fā)明專利]基于機器視覺的煙草打頂抑芽檢測控制系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610045021.4
• 申請日: 2016-01-24
• 公開（公告）號: CN105549486B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉雙喜;王金星;李偉;張曉輝;范國強;張菡;劉志強;范連祥
• 申請（專利權(quán)）人: 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G05B19/042
• 分類號: G05B19/042;G01C11/00;A01G7/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于機器視覺的煙草打頂抑芽機檢測控制系統(tǒng)，其特征在于包括煙株頂端位置檢測系統(tǒng)和打頂抑芽控制系統(tǒng)；所述煙株頂端位置檢測系統(tǒng)具有圖像采集，圖像處理和煙株頂端位置定位的功能；所述打頂抑芽控制系統(tǒng)主要用于執(zhí)行工業(yè)控制機指令，控制打頂裝置移動和控制電磁閥的通電與斷開；

所述煙株頂端位置檢測系統(tǒng)包括圖像采集模塊、圖像處理模塊、煙株頂端位置定位模塊；所述圖像處理模塊和煙株頂端位置定位模塊存儲在工業(yè)控制機內(nèi)；所述圖像采集模塊由攝像頭和背景板組成，用于采集圖像信息；所述圖像處理模塊用于對圖像采集模塊得到的圖像信息進行分析處理，判斷確定煙株頂端的煙花位置；若檢測到煙花位置，將信息傳送給煙株頂端位置定位模塊；所述煙株頂端位置定位模塊對煙花信息進行定位，確定打頂裝置需要移動的距離；

打頂抑芽機前端兩側(cè)對稱安裝兩個打頂裝置，所述背景板沿?zé)焿欧较蜇Q直固定在兩個打頂裝置中間，利用背景板消除采集圖像信息中其他顏色對煙花識別造成的干擾；兩個攝像頭對稱固定在兩個打頂裝置外側(cè)；攝像頭通過USB接線連接工業(yè)控制機；田間作業(yè)時，每個打頂裝置對應(yīng)一行煙壟；背景板位于兩行煙壟正中間，每個攝像頭位于對應(yīng)一側(cè)煙壟的外側(cè)，攝像頭對準煙草植株，攝像頭采集圖像，并將采集到的圖像傳輸?shù)焦I(yè)控制機上；所述背景板選取與潘通色卡TCX色卡上17-5430色號顏色一致的綠色印染布制作；

所述圖像處理模塊將采集到的原始圖像中間第240列像素做為數(shù)據(jù)源進行處理，采用梯度差判別法從上往下計算該列每個像素點R數(shù)值與背景板的R數(shù)值之間的梯度差值T，該列從上往下符合設(shè)定值T>200的第一個像素點判定為檢測到煙花信息，即為煙株頂端的煙花位置；若該列每個像素點梯度差值T<200，判定為沒有檢測到煙花信息；檢測到煙花信息后，圖像處理模塊將煙花位置信息發(fā)送給煙株頂端位置定位模塊，同時圖像處理模塊停止對圖像進行處理；

所述煙株頂端位置定位模塊對收到的煙花位置信息進行計算處理，確定打頂裝置到煙花位置進行打頂?shù)囊苿泳嚯x，并將移動信息發(fā)送給單片機；

所述打頂抑芽控制系統(tǒng)包括單片機、電源模塊、步進電機、步進電機驅(qū)動器、繼電器和電磁閥；單片機接收到工業(yè)控制機發(fā)送的打頂裝置移動距離，向步進電機驅(qū)動器發(fā)送脈沖信號，驅(qū)動步進電機控制煙草打頂抑芽機的打頂裝置移動到指定位置完成打頂作業(yè)；當(dāng)電磁閥隨打頂抑芽機前行到位于剛完成打頂?shù)臒熁ㄉ隙宋恢脮r，單片機向繼電器發(fā)出信號，繼電器通電，控制電磁閥完成噴灑抑芽劑的動作；噴灑動作完成后，單片機向工業(yè)控制機發(fā)送信號，圖像處理模塊開始對下一個圖像的檢測處理，以完成下一個噴灑抑芽劑的動作；

每個打頂裝置安裝一個打頂抑芽控制系統(tǒng)；所述單片機通過RS232串口通訊與工業(yè)控制機相連，單片機內(nèi)存儲有打頂裝置控制模塊和抑芽劑噴灑控制模塊，打頂裝置控制模塊用于控制打頂裝置的升降；抑芽劑噴灑控制模塊用于控制電磁閥的通電與斷開；作業(yè)時根據(jù)煙草打頂抑芽機行進速度確定抑芽劑噴灑量及延遲時間；

所述單片機、步進電機驅(qū)動器、步進電機、繼電器、電源模塊固定在煙草打頂抑芽機前端兩個打頂裝置之間；所述步進電機驅(qū)動器一端連接單片機，另一端連接步進電機；步進電機另一端連接打頂裝置；所述繼電器一端連接電磁閥，另一端連接單片機；所述電磁閥固定在打頂裝置后面，電磁閥通過管道連接煙草打頂抑芽機上的藥箱，藥箱內(nèi)裝有抑芽劑；所述電源模塊連接煙草打頂抑芽機上的電瓶，給單片機、步進電機驅(qū)動器、步進電機、電磁閥和繼電器供電。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于機器視覺的煙草打頂抑芽機檢測控制系統(tǒng)的檢測控制方法，其特征在于包括以下步驟：

1）煙草打頂抑芽機前進時，對稱固定在煙草打頂抑芽機前方兩端的攝像頭將拍攝到的原始圖像通過usb接線傳輸?shù)焦I(yè)控制機上；

2）工業(yè)控制機的圖像處理模塊讀入原始圖像；

3）圖像處理模塊對讀入的原始圖像進行處理，提取該原始圖像中間第240列像素做為數(shù)據(jù)源進行分析，采用梯度差判別法從上往下計算該列每個像素點R數(shù)值與背景板的R數(shù)值之間的梯度差值T，該列從上往下符合設(shè)定值T>200的第一個像素點判定為檢測到煙花信息，即為煙株頂端的煙花位置；若該列每個像素點梯度差值T<200，判定為沒有檢測到煙花信息；檢測到煙花信息后，圖像處理模塊將煙花位置信息發(fā)送給煙株頂端位置定位模塊；同時圖像處理模塊停止對圖像進行處理；

通過公式（1）計算梯度差值T：

T=|R_i—R_背景板|（1）

其中，T為像素點R數(shù)值與背景板的R數(shù)值的梯度差，R_i為該列第i行的R數(shù)值，R_背景板為選取的背景板R數(shù)值平均值，R_背景板=40；

4）煙株頂端位置定位模塊通過公式（2）和（3）計算出打頂裝置打頂時需要移動的距離H，并將打頂裝置移動距離信息發(fā)送給單片機：

Q=a/（a+b）（2）

H=（640-i）×1/16×Q（3）

Q 為實際大小與像素點之間的比例關(guān)系，a為每個攝像頭到煙草植株的水平距離，b為煙草植株到背景板的水平距離；

i為圖像第240列從上往下檢測到的煙花像素位置即煙草植株頂端所在的行數(shù)；

H為打頂裝置需要移動的距離；

5）工業(yè)控制機將打頂裝置需要移動的距離信息傳輸?shù)絾纹瑱C上，單片機的打頂裝置控制模塊計算步進電機下降到指定距離需要的脈沖，向步進電機驅(qū)動器發(fā)送信息，使步進電機帶動打頂裝置移動到指定距離完成打頂作業(yè)；

6）完成打頂后，步進電機反轉(zhuǎn)，打頂裝置靠自身重力下降到起始位置；

7）煙草打頂抑芽機向前運動，當(dāng)電磁閥位于剛完成打頂?shù)臒煵萆隙宋恢脮r，抑芽劑噴灑控制模塊向繼電器發(fā)出信號，繼電器通電，控制電磁閥完成噴灑抑芽劑的動作；噴灑動作完成后，單片機向工業(yè)控制機發(fā)送信號，圖像處理模塊開始對下一個圖像的檢測處理，以完成下一個噴灑抑芽劑的動作。