專利名稱：一種玉米果穗性狀檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及玉米考種技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種玉米果穗性狀檢測裝置。
背景技術(shù)：
玉米考種是玉米育種過程中一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，主要完成對玉米果穗諸性狀的檢測，如穗長、穗粗、穗行數(shù)、穗粒數(shù)、籽粒類型等。通過玉米考種獲得的性狀數(shù)據(jù)是對玉米育種材料進(jìn)行評定優(yōu)劣、決定取舍的重要依據(jù)。對于玉米育種工作者來說，玉米室內(nèi)考種是經(jīng)常性的工作，但是當(dāng)前幾乎所有的檢測、記錄工作都是依靠人工完成的，存在效率低、數(shù)據(jù)主觀性強(qiáng)等問題，玉米果穗性狀自動檢測裝置有助于玉米育種工作者減輕勞動量、保證數(shù)據(jù)的客觀性、提高工作效率。目前已有一些對玉米果穗性狀檢測自動化的探索研究。中國專利CN101881598B 公開了一種基于機(jī)器視覺的玉米果穗性狀參數(shù)自動檢測裝置，玉米果穗插入圓臺上的頂針固定并由圓臺驅(qū)動繞玉米果穗理想中心軸線轉(zhuǎn)動，通過圖像采集模塊采集玉米果穗旋轉(zhuǎn)一周的每一行籽粒的圖片，然后對圖像進(jìn)行處理獲得一些玉米果穗性狀參數(shù)；因?yàn)榇郎y的諸多玉米果穗的直徑是變化的，但驅(qū)動玉米果穗轉(zhuǎn)動的圓臺只能設(shè)為某一固定的轉(zhuǎn)速，這樣獲取的許多圖像中的玉米果穗籽粒將會在玉米果穗周長方向拉長或壓扁，產(chǎn)生圖像失真，無法測量玉米果穗籽粒的尺寸，也無法獲得果穗粗這一重要性狀參數(shù)，同時(shí)也不方便育種工作者通過圖像對玉米果穗整體特征進(jìn)行觀察，另外采用人工將玉米果穗插入頂針的固定方式，放置玉米果穗時(shí)必須仔細(xì)操作以免插偏插歪，否則獲取的圖像將嚴(yán)重失真導(dǎo)致測量結(jié)果無效。中國專利CN101933417B公開了一種基于機(jī)器視覺的玉米考種裝置，該裝置在待拍攝的玉米果穗后面放置兩面平面鏡，使得一次拍攝可以獲得玉米果穗多個(gè)表面的圖像，并且利用三個(gè)線激光光源作為分界標(biāo)記以方便圖像拼接；所獲玉米果穗圖像僅中間部分可較清楚反映籽粒形狀特征，邊緣由于透視變形失真嚴(yán)重，同時(shí)使用激光照射玉米果穗可能引起基因突變等未知影響。中國專利CN202160400U公開了一種基于立體視覺的玉米果穗外在形態(tài)記錄和檢測裝置，該裝置采用兩臺相機(jī)采集玉米果穗的三維立體信息，可以獲得較豐富的玉米果穗信息；限于立體技術(shù)的普及程度，該裝置成本過高，同時(shí)三維數(shù)據(jù)量的存儲與處理對圖像處理系統(tǒng)的要求也頗高，難以普及推廣應(yīng)用。因此有必要采用新的技術(shù)手段改善現(xiàn)有技術(shù)的各缺點(diǎn)，更好的支持玉米考種工作。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種玉米果穗性狀檢測裝置，以玉米果穗外表面定位實(shí)現(xiàn)玉米果穗轉(zhuǎn)動，可以一次性掃描拍攝玉米果穗全周圖像，且對不同的玉米果穗的成像均有最小失真，利于提取更多性狀參數(shù)，同時(shí)操作便利，從而提高玉米考種工作效率。為了達(dá)到本發(fā)明的目的所采取的技術(shù)方案包括外徑相同的第一輥筒I和第二輥筒2的軸線分別為第一輥筒軸線3和第二輥筒軸線4平行布置在同一水平面內(nèi)，將玉米果穗8置于第一輥筒I和第二輥筒2之間的外圓柱面上、由第一輥筒I和第二輥筒2共同承托玉米果穗8，第一輥筒I和第二輥筒2分別繞各自軸線勻速轉(zhuǎn)動，兩輥筒轉(zhuǎn)向相同、轉(zhuǎn)速相等，利用兩輥筒外圓柱表面的摩擦力驅(qū)動玉米果穗8轉(zhuǎn)動；置于第一輥筒I下方的條形光源5與第一輥筒軸線3平行，條形光源5為兩輥筒間隙處玉米果穗8的表面提供照明；線陣CXD相機(jī)6位于玉米果穗8正下方，線陣CXD相機(jī)6的機(jī)內(nèi)線陣CXD圖像傳感器的感光像素陣列位于第一輥筒I和第二輥筒2的對稱中心面內(nèi)且與第一輥筒軸線3平行；在玉米果穗8由第一輥筒I和第二輥筒2驅(qū)動轉(zhuǎn)動過程中，線陣CXD相機(jī)6持續(xù)對玉米果穗8表面進(jìn)行掃描拍攝，當(dāng)玉米果穗8轉(zhuǎn)動一周，線陣CXD相機(jī)6所獲圖像將包含玉米果穗8的全周圖像信息；圖像處理設(shè)備7對線陣CCD相機(jī)6所獲取的數(shù)字圖像進(jìn)行處理，得到所需玉米果穗性狀參數(shù)，構(gòu)成本發(fā)明玉米果穗性狀檢測裝置(如圖1、2所示)。上述的玉米果穗性狀檢測裝置中，第一輥筒I和第二輥筒2表面使用具有高摩擦系數(shù)的彈性材料，保證玉米果穗勻速轉(zhuǎn)動。上述的玉米果穗性狀檢測裝置中，條形光源5可置于第二輥筒2下方與第二輥筒 軸線4平行，條形光源5為兩輥筒間隙處玉米果穗8的表面提供照明。上述的玉米果穗性狀檢測裝置中，依據(jù)光的反射原理加入一級平面鏡9構(gòu)成的一級平面鏡反射系統(tǒng)(如圖3所示)或由一級平面鏡9和二級平面鏡10構(gòu)成的兩級平面鏡反射系統(tǒng)(如圖4所示)，便于線陣CCD相機(jī)6靈活布置，并防止灰塵雜質(zhì)掉落在線陣CCD相機(jī)6的鏡頭上影響成像。上述的玉米果穗性狀檢測裝置中，兩輥筒間隙應(yīng)小于所測玉米果穗8最小穗粗，以防玉米果穗8從中掉落。上述的玉米果穗性狀檢測裝置中，線陣C⑶相機(jī)6距玉米果穗8的距離應(yīng)大于10倍的最大玉米果穗穗粗，以便減小成像透視變形。上述的玉米果穗性狀檢測裝置中，圖像處理設(shè)備7是安裝有圖像處理程序的便攜式個(gè)人計(jì)算機(jī)。本發(fā)明的有益效果在于，一次性獲取玉米果穗全周圖像且保持對不同玉米果穗的成像都有最小失真，無需圖像拼接直接獲得穗行數(shù)、穗粒數(shù)等數(shù)據(jù)，可以對玉米果穗中部籽粒尺寸進(jìn)行精確測量，所獲圖像借助玉米果穗與輥筒的運(yùn)動關(guān)系可推導(dǎo)出玉米果穗粗這一無法從全周圖像中直接獲取的性狀參數(shù)，以玉米果穗外表面定位方法操作簡便，只需將玉米果穗簡單放入裝置即可，提高了檢測效率。


附圖1為玉米果穗性狀檢測裝置機(jī)構(gòu)簡圖；附圖2為玉米果穗性狀檢測裝置結(jié)構(gòu)簡圖；附圖3為附加一級平面鏡反射系統(tǒng)的玉米果穗性狀檢測裝置；附圖4為附加兩級平面鏡反射系統(tǒng)的玉米果穗性狀檢測裝置；附圖5為掃描拍攝的一幅玉米果穗一周表面圖像。其中，1:第一輥筒；2 :第二輥筒；3 :第一輥筒軸線；4 :第二輥筒軸線；5 :條形光源；6 :線陣CXD相機(jī)；7 :圖像處理設(shè)備；8 :玉米果穗；9 :一級平面鏡；10 :二級平面鏡。
具體實(shí)施方式
下面根據(jù)附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述。附圖1所示的玉米果穗性狀檢測裝置機(jī)構(gòu)簡圖，包括第一輥筒1、第二輥筒2、第一輥筒軸線3、第二輥筒軸線4、條形光源5、線陣CXD相機(jī)6、圖像處理設(shè)備7、玉米果穗8 ；外徑相同的第一輥筒I和第二輥筒2的軸線分別為第一輥筒軸線3和第二輥筒軸線4，第一輥筒軸線3和第二輥筒軸線4在同一水平面內(nèi)平行布置，將玉米果穗8置于第一輥筒I和第二輥筒2之間上表面，由第一輥筒I和第二輥筒2共同承托玉米果穗8，第一輥筒I和第二輥筒2分別繞第一輥筒軸線3和第二輥筒軸線4按設(shè)計(jì)速度勻速逆時(shí)針轉(zhuǎn)動，兩輥筒轉(zhuǎn)向相同、轉(zhuǎn)速相等，兩輥筒表面為高摩擦系數(shù)的低密度橡膠材質(zhì)，利用兩輥筒外圓柱表面的摩擦力驅(qū)動玉米果穗8轉(zhuǎn)動；采用冷陰極熒光燈管的條形光源5與第一輥筒軸線3和第二輥筒軸線4平行，置于第一輥筒I下方，條形光源5為兩輥筒間隙處玉米果穗8的表面提供照明；線陣CXD相機(jī)6位于玉米果穗8正下方，線陣CXD相機(jī)6的機(jī)內(nèi)線陣CXD圖像傳感器的感光像素陣列位于第一輥筒I和第二輥筒2的對稱中心面內(nèi)且與第一輥筒軸線3平行。在玉米果穗8由第一輥筒I和第二輥筒2驅(qū)動轉(zhuǎn)動過程中，線陣CXD相機(jī)6持續(xù)對玉米果穗8表面進(jìn)行掃描拍攝，當(dāng)玉米果穗8轉(zhuǎn)動一周，線陣CCD相機(jī)6所獲圖像將包含玉米果穗 8的全周圖像信息；安裝有圖像處理程序的便攜式個(gè)人計(jì)算機(jī)作為圖像處理設(shè)備7對線陣CCD相機(jī)6所獲取的數(shù)字圖像進(jìn)行處理，得到所需玉米果穗性狀參數(shù)(如圖2所示)。依據(jù)光的反射原理，對于玉米果穗性狀檢測裝置，加入一級平面鏡9構(gòu)成的一級平面鏡反射系統(tǒng)(如圖3所示)，一級平面鏡9的長邊與第一輥筒軸線3平行，位于兩輥筒對稱中心面正下方，鏡面與第一輥筒I和第二輥筒2的對稱中心面夾角45°，將玉米果穗表面反射的豎直方向光線折向水平方向布置的線陣CCD相機(jī)6，可以防止灰塵雜質(zhì)掉落在線陣CXD相機(jī)6的鏡頭上影響成像；加入一級平面鏡9和二級平面鏡10構(gòu)成的兩級平面鏡反射系統(tǒng)(如圖4所示)，一級平面鏡9的長邊與第一輥筒軸線3平行，位于兩輥筒對稱中心面正下方，鏡面與第一輥筒I和第二輥筒2的對稱中心面夾角45°，將玉米果穗表面反射的豎直方向光線折向水平方向，二級平面鏡10接收一級平面鏡9的反射光線使其豎直向上彎折，最終進(jìn)入線陣CXD相機(jī)6成像；方便線陣CXD相機(jī)6靈活布置，玉米果穗性狀檢測裝置同樣可以得到所需玉米果穗性狀參數(shù)。條形光源5可以靠近第二輥筒2下方布置，使光源為輥筒間隙處的玉米果穗8的表面提供照明，玉米果穗性狀檢測裝置同樣可以得到所需玉米果穗性狀參數(shù)。為保障玉米果穗性狀檢測裝置連續(xù)穩(wěn)定工作，兩輥筒間隙應(yīng)小于所測玉米果穗8最小穗粗，以防玉米果穗8從中掉落；線陣CXD相機(jī)6距玉米果穗8的距離應(yīng)大于10倍的最大玉米果穗穗粗，以便減小成像透視變形。玉米果穗性狀檢測裝置工作時(shí)，玉米果穗8由承托它的第一輥筒I和第二輥筒2
依靠摩擦力驅(qū)動連續(xù)轉(zhuǎn)動時(shí)，線陣CCD相機(jī)6對玉米果穗8表面進(jìn)行連續(xù)掃描拍攝，輥筒轉(zhuǎn)
速需要與線陣CCD相機(jī)6的拍攝分辨率匹配以使最終獲得的圖像橫縱分辨率相同，保證圖
像中的玉米籽粒具有正確的比例產(chǎn)生較小失真，設(shè)輥筒轉(zhuǎn)速為η (單位為每秒轉(zhuǎn))，逆時(shí)針轉(zhuǎn)
動，輥筒直徑為d (單位為毫米)，設(shè)線陣CCD相機(jī)6的單次拍攝分辨率為R (單位為每英寸
25400/
點(diǎn)數(shù))，線陣CXD相機(jī)6的掃描速度為t (單位為每線毫秒)，則輥筒轉(zhuǎn)速-J1:^當(dāng)玉米
πακ
果穗8轉(zhuǎn)動一周，獲取的圖像將包含玉米果穗8全周的圖像信息，設(shè)線陣CCD相機(jī)6對不同的玉米果穗8的總掃描時(shí)間均為T (單位為秒)，并確保不同的玉米果穗8的掃描圖像均包含至少果穗表面一周的圖像信息，設(shè)一幅玉米果穗8的圖像中完整的一周玉米圖像像素?cái)?shù)
占圖像總像素?cái)?shù)的比例為a，則果穗粗B (單位為毫米)可以
權(quán)利要求
1.一種玉米果穗性狀檢測裝置，其特征在于，包括外徑相同的第一輥筒(I)和第二輥筒(2)的軸線分別為第一輥筒軸線(3)和第二輥筒軸線(4)平行布置在同一水平面內(nèi)，將玉米果穗(8)置于第一輥筒(I)和第二輥筒(2)之間的外圓柱面上、由第一輥筒(I)和第二輥筒(2)共同承托玉米果穗(8)，第一輥筒(I)和第二輥筒(2)分別繞各自軸線勻速轉(zhuǎn)動，兩輥筒轉(zhuǎn)向相同、轉(zhuǎn)速相等，利用兩輥筒外圓柱表面的摩擦力驅(qū)動玉米果穗(8)轉(zhuǎn)動，置于第一輥筒(I)下方的條形光源(5)與第一輥筒軸線(3)平行，條形光源(5)為兩輥筒間隙處玉米果穗(8)的表面提供照明，線陣CXD相機(jī)(6)位于玉米果穗(8)正下方，線陣CXD相機(jī)(6)的機(jī)內(nèi)線陣CXD圖像傳感器的感光像素陣列位于第一輥筒(I)和第二輥筒(2)的對稱中心面內(nèi)且與第一輥筒軸線(3)平行，在玉米果穗(8)由第一輥筒(I)和第二輥筒(2)驅(qū)動轉(zhuǎn)動過程中，線陣CCD相機(jī)(6)持續(xù)對玉米果穗(8)表面進(jìn)行掃描拍攝，當(dāng)玉米果穗(8)轉(zhuǎn)動一周，線陣CXD相機(jī)(6)所獲圖像將包含玉米果穗(8)的全周圖像信息，圖像處理設(shè)備(7)對線陣CCD相機(jī)(6)所獲取的數(shù)字圖像進(jìn)行處理，得到所需玉米果穗性狀參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玉米果穗性狀檢測裝置，其特征在于，第一輥筒(I)和第二輥筒(2)表面使用具有高摩擦系數(shù)的彈性材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玉米果穗性狀檢測裝置，其特征在于，條形光源(5)可置于第二輥筒(2)下方與第二輥筒軸線(4)平行，條形光源(5)為兩輥筒間隙處玉米果穗(8)的表面提供照明。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的玉米果穗性狀檢測裝置，其特征在于，加入一級平面鏡(9)構(gòu)成的一級平面鏡反射系統(tǒng)，或由一級平面鏡(9)和二級平面鏡(10)構(gòu)成的兩級平面鏡反射系統(tǒng)，可適應(yīng)線陣(XD相機(jī)(6)的布置方位變化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種玉米果穗性狀測量裝置，屬于玉米考種技術(shù)領(lǐng)域。由第一輥筒、第二輥筒、第一輥筒軸線、第二輥筒軸線、條形光源、線陣CCD相機(jī)和圖像處理設(shè)備組成，玉米果穗由第一輥筒和第二輥筒共同承托,兩輥筒分別繞各自軸線勻速轉(zhuǎn)動并依靠摩擦力驅(qū)動玉米果穗轉(zhuǎn)動，線陣CCD相機(jī)從玉米果穗正對玉米果穗進(jìn)行掃描拍攝一次性獲取玉米果穗全周圖像，圖像處理設(shè)備對玉米果穗圖像進(jìn)行處理獲得所要性狀參數(shù)。輥筒與玉米果穗間運(yùn)動關(guān)系保證了不同待測玉米果穗的圖像均有最小失真,利于提取更多性狀參數(shù)，且操作便利，提高玉米考種效率。
文檔編號A01C1/00GK103004322SQ20121057556
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月26日
發(fā)明者李海濤, 柳冠伊, 劉平義, 姚海蓉, 魏文軍, 張紹英 申請人:中國農(nóng)業(yè)大學(xué)