[發(fā)明專利]一種玉米種子特征區(qū)切割定位方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810246971.2
• 申請日: 2018-03-23
• 公開（公告）號: CN108596939B
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 魏英姿;谷侃鋒;譚龍?zhí)?/a>;秦麗娟;趙明揚(yáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽理工大學(xué)
• 主分類號: G06T7/194
• 分類號: G06T7/194;G06T7/62;G06T7/73;G06K9/62
• 代理公司: 沈陽利泰專利商標(biāo)代理有限公司 21209
• 代理人: 吳維敬

一種玉米種子特征區(qū)切割定位方法，主要包括以下幾個過程：1、利用震動給料器將玉米種子單粒分開，分別采集單粒玉米種子正上方向和側(cè)向圖像，進(jìn)行圖像二值化處理。2、確定玉米粒形心位置，計算長軸的初始位置。3、確定玉米粒側(cè)面圖像的尖端頂點(diǎn)位置。4、向長軸進(jìn)行投影變換，迭代更新計算尖端聚類中心和玉米粒的長軸方向。5、確定玉米粒正上方向圖像尖端聚類中心、大端聚類中心位置、大端的切割線位置。運(yùn)算結(jié)果可以精確到亞像素級別。本發(fā)明的定位方法速度快，精度高，效果令人滿意。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)輔助生產(chǎn)自動化技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種定位精度要求較高的自動切片、分揀玉米種子的視覺定位方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代玉米育種常常采用分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)，分子標(biāo)記技術(shù)可以對玉米抗病、抗蟲、抗?jié)?、抗旱等抗逆性基因進(jìn)行定位，分子標(biāo)記輔助選擇育種能夠加快玉米育種進(jìn)程，提高育種效率。該技術(shù)需要從每粒種子的大端外邊緣切取少許胚乳，剩余部分含有完整的胚芽，將這二部分一一對應(yīng)，分別用于育種分析和種植。根據(jù)以往統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，玉米種子粒型、尺寸、重量等參數(shù)差異巨大，如表格1。針對每粒種子精確定位其切片位置，難度很大。在實(shí)際操作中大多采用人工方法獲得切片，為實(shí)現(xiàn)自動化切取玉米胚乳薄片，使機(jī)械手準(zhǔn)確操作不同形狀、尺寸、位置的玉米粒，需要精確定位玉米粒的尖端和大端的位置。研究基于計算機(jī)視覺的玉米粒特征區(qū)定位方法，具有較高的應(yīng)用價值。

表1玉米種子形態(tài)統(tǒng)計數(shù)據(jù)列表

玉米粒的尖端部分是它顯著的特征，找到玉米的尖端有助于迅速地進(jìn)行玉米粒的定位。以往有研究玉米的尖端角點(diǎn)定位。對于識別玉米粒形態(tài)類型以及姿態(tài)精確數(shù)據(jù)，現(xiàn)有檢測方法往往無能為力。聚類分析法用于識別物體姿態(tài)是一種探索性分析方法，能夠分析事物的內(nèi)在特點(diǎn)和規(guī)律，并根據(jù)相似性原則對事物進(jìn)行分組，同時，對噪聲點(diǎn)和誤差也能夠進(jìn)行恰當(dāng)?shù)囊种坪图m正。投影變換方法是利用數(shù)據(jù)在投影變換軸上的分布和走勢，找到數(shù)據(jù)分布規(guī)律，判別問題的關(guān)鍵特點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的是，為不同粒型玉米種子激光切片自動化設(shè)備提供一種快速自動化定位提供確定性的方法。根據(jù)玉米種子本身形狀特點(diǎn)以及定位自動化的需要，借助螺旋震動給料篩選裝置，通過在正上方向和側(cè)向安裝相機(jī)來采集玉米種子圖像，機(jī)械手對單粒玉米粒進(jìn)行激光切片操作，因此，本發(fā)明采用螺旋震動給料器將玉米粒定向、單粒分開。通過震動盤滑道輸送的玉米粒，能以尖端向前或者向后的姿態(tài)到達(dá)待切割料臺中，但玉米種子個體形狀、大小存在較大差異，玉米粒特征區(qū)的精確定位，還需要借助計算機(jī)視覺手段。

玉米種子外輪廓曲線形狀是近似軸對稱的，如圖1所示。本發(fā)明通過測量面積、以較小面積對應(yīng)的像素坐標(biāo)域作為操作對象，通過投影變換、聚類計算，確定玉米種子的長軸方向和激光刀在玉米粒大端切割線的位置。

定義圓形掩模模板，通過遍歷玉米種子區(qū)域內(nèi)的所有像素點(diǎn)，找到玉米粒區(qū)域在掩模內(nèi)面積較小(一般為圓形掩模面積的0.3～0.5之間)的掩模中心所在位置，構(gòu)成玉米特征識別篩選的待操作域。通過形心計算公式，得到玉米粒的形心位置，連接玉米尖端頂點(diǎn)和形心的連線，作為玉米粒的長軸方向的初始位置。向玉米長軸參考方向作投影點(diǎn)，投影點(diǎn)通過k近鄰聚類方法，區(qū)分出玉米粒的尖端和大端的聚類中心，記為粗略標(biāo)記位置，按照調(diào)整后的尖端聚類中心和形心連線，計算長軸位置，直至長軸位置不再改變?yōu)橹埂拇蠖司垲愔行狞c(diǎn)向長軸做垂線，即為玉米種切片的切割線。

采取的技術(shù)方案是：

一種玉米種子特征區(qū)切割定位方法，選用切片設(shè)備為玉米種子激光切片機(jī)，玉米種子激光切片機(jī)包括震動給料器、高度限制裝置、待切割料臺、振動給料器，為已知技術(shù)，其特征在于，包括以下步驟：

1)利用震動給料器將玉米粒單粒分開，利用高度限制裝置，將玉米粒撥成平放姿態(tài)，傳送至待切割料臺上，采集單粒玉米種子正上方向圖像，進(jìn)行預(yù)處理，將RGB圖像變換為二值圖像，分割為目標(biāo)區(qū)域和背景區(qū)域。