專利名稱：基于圖像實現高精度的玉米果穗考種方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及玉米果穗考種技術領域，尤其涉及基于圖像實現高精度的玉米果穗考種方法和裝置。
背景技術：
玉米是我國農業生產中占重要地位的糧食作物，玉米育種在我國種業科研、生產等領域占有重要的地位，玉米種業的核心問題之一是玉米考種，傳統的考種方法大多依賴于手工操作，占用大量人力資源，工作效率低下，成為制約玉米種業發展的技術瓶頸。
玉米考種的主要形態參數指標包括穗粒數、穗粒行數、行粒數、百粒重等，傳統考種方法主要存在以下技術缺陷
1.人工操作繁瑣，工作量較大。
2.工作效率難以提高，考種流程周期較長。
3.考種過程中人工操作影響考種的準確性。
4.單一工作流程的測量方式難以保證獲得的參數準確性。
隨著現代信息技術的快速發展，特別是現代信息技術在農業領域的深入應用，為傳統農業帶來全新的技術手段和實用工具。由于技術固有的局限性，導致穗粒行數等指標的自動化檢測存在一定的誤差。
申請號為201010226335. 7，名稱為“基于機器視覺的玉米考種裝置”中通過采用兩塊反光鏡能夠一次成像玉米果穗的三個側面的圖像，根據采集的圖像來提取玉米果穗的穗長、穗行數、穗粒數、每行粒數等多個外觀參數，改善了人工考種的眾多弊端，但是并沒有在考種精度、準確性方面得到提高。
發明內容
(一)要解決的技術問題
本發明要解決的技術問題是，針對上述缺陷，在實現現代化操作的考種方式的同時提聞考種精度。
(二)技術方案
為解決上述問題，本發明提供了基于圖像實現高精度的玉米果穗考種方法，所述考種方法包括
S1:獲取以所述玉米果穗的穗軸為中心軸的周視圖，應用圖像處理算法對所述周視圖進行圖像處理，得到所述玉米果穗的形態指標、穗粒行數和行粒數，根據所述穗粒行數和所述行粒數計算出穗粒的總粒數；
S2 :將所述玉米果穗脫粒，得到穗軸和穗粒；
S3:稱出所述穗粒的總重量或稱出所述穗軸的重量，再根據所述玉米果穗的重量和所述穗軸的重量計算出所述穗粒的總重量；
S4 :根據所述穗粒的總重量和所述穗粒的總粒數計算出平均粒重及百粒重；
在步驟S2之前還包括
SO :稱出所述玉米果穗的重量。
為解決上述問題，本發明還提供了基于圖像實現高精度的玉米果穗考種裝置，所述裝置包括
箱體、相機、光源、稱重裝置、步進電機，所述相機、所述光源、所述稱重裝置和所述步進電機位于所述箱體內部；
其中所述光源為所述相機拍照提供光，所述相機用于獲取以所述玉米果穗的穗軸為中心軸的周視所述稱重裝置用于稱量所述玉米果穗的重量、脫粒后的穗軸或穗粒的重量；
所述步進電機為所述玉米果穗轉動提供動力；
所述考種裝置還包括電源，所述電源為所述步進電機轉動提供動力。
優選地，所述相機和所述玉米果穗的安放方法具體包括
將所述玉米果穗和相機同時直立或水平相對放置，所述穗軸固定，所述相機以所述玉米果穗為圓心旋轉一周；
或將所述玉米果穗和相機同時直立或水平相對放置，所述相機固定，所述玉米果穗以所述穗軸為中心旋轉一周。
為解決上述問題，本發明還提供了基于圖像實現高精度的玉米果穗考種裝置，所述裝置包括
箱體、N個相機、光源和稱重裝置，所述N個相機、所述光源和所述稱重裝置位于所述箱體內部，其中N為大于等于4的正整數；
其中所述光源為所述相機拍照提供光；
所述N個相機直立放置，圍繞直立的玉米果穗一周，且所述相機與相鄰相機相對于位于中心的玉米果穗分布的夾角均為360/N度；
或所述N個相機水平放置，圍繞水平的玉米果穗一周，且所述相機與相鄰相機相對位于中心的玉米果穗分布的夾角均為360/N度；
所述稱重裝置用于稱量所述玉米果穗的重量、脫離后的穗軸的重量。
為解決上述 問題，本發明還提供了基于圖像實現高精度的玉米果穗考種裝置，所述裝置包括
箱體、相機、光源和稱重-轉動裝置，所述相機、所述光源和所述稱重-轉動裝置位于所述箱體內部；
其中所述光源為所述相機拍照提供光；
所述稱重-轉動裝置用于稱量所述玉米果穗的重量、脫粒后的穗軸或穗粒的重量，還用于為所述玉米果穗的旋轉提供動力。
優選地，所述稱重-轉動裝置依次由插針、錐帽、錐形器、電機和稱重傳感器組成， 所述插針通過所述錐帽中間的圓孔和所述錐形器連接，所述錐帽扣在所述錐形器的上，所述錐形器的下端與所述步進電機連接，所述稱重傳感器位于步進電機下。
(三)有益效果
本發明提出了基于圖像實現高精度的玉米果穗考種方法和裝置，通過獲取以玉米果穗的穗軸為中心軸的周視圖，應用圖像處理算法對周視圖進行圖像處理，得到玉米果穗的形態指標、穗粒行數和行粒數，根據穗粒行數和行粒數計算出穗粒的總粒數；將玉米果穗脫粒，得到穗軸和穗粒；稱出穗粒的總重量或稱出穗軸的重量，再根據玉米果穗的重量和穗軸的重量計算出穗粒的總重量；根據穗粒的總重量和穗粒的總粒數計算出平均粒重及百粒重；將玉米果穗脫粒還包括使用稱重傳感器稱出玉米果穗的重量，使用數字圖像處理和傳感器技術，實現玉米果穗考種的自動化，同時通過獲取玉米果穗的一周穗粒分布圖，計算所有玉米穗粒的形態指標、穗粒行數、行粒數、平均粒重等參數，提高玉米果穗考種精度。


圖1為基于圖像實現高精度的玉米果穗考種方法的第一種步驟流程圖2為基于圖像實現高精度的玉米果穗考種方法的第二種步驟流程圖3為實施例四中基于圖像實現高精度的玉米果穗考種裝置結構示意圖4為實施例四中基于圖像實現高精度的玉米果穗考種裝置中轉動結構與稱重傳感器采用錐形配合結構示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
實施例一
實施例一中提供了基于圖像實現高精度的玉米果穗考種方法，步驟流程如圖1和圖2所示，具體包括以下步驟
S1:獲取以玉米果穗的穗軸為中心軸的周視圖，應用圖像處理算法對周視圖進行圖像處理，得到玉米果穗的形態指標、穗粒行數和行粒數，根據穗粒行數和行粒數計算出穗粒的總粒數。
其中形態指標包括果穗的長度和果穗的直徑。
具體的，獲取以玉米果穗的穗軸為中心軸的周視圖的方式有很多種實現方式，本實施例中列舉三種,但并不限定僅此三種凡方式。
第一種將玉米果穗和相機直立或水平相對放置，穗軸固定，相機以玉米果穗為圓心旋轉一周，得到周視圖。
第二種將玉米果穗和相機直立或水平相對放置，相機固定，玉米果穗旋轉一周， 得到周視圖。
第三種將N個相機和玉米果穗直立或水平相對放置，且N個相機的夾角均為 360/N度，得到N個圖組成周視圖，其中N為大于等于4的正整數。
S2 :將玉米果穗脫粒，得到穗軸和穗粒。
其中將玉米果穗脫粒之前還包括
SO :稱出玉米果穗 的重量。
步驟SO稱出玉米果穗的重量在步驟SI獲取以玉米果穗的穗軸為中心軸的周視圖之前執行，則玉米果穗考種的步驟如圖1所示。
或者步驟SO稱出玉米果穗的重量在步驟SI獲取以玉米果穗的穗軸為中心軸的周視圖之后執行，則玉米果穗考種的步驟如圖2所示。
S3:稱出穗粒的總重量或稱出穗軸的重量，再根據玉米果穗的重量和穗軸的重量計算出穗粒的總重量。
具體的，稱出穗粒的總重量，或稱出穗軸的重量后根據穗粒的總重量=果穗的重量-穗軸的重量計算得到穗粒的總重量。
S4 :根據穗粒的總重量和穗粒的總粒數計算出平均粒重及百粒重。
具體的，根據平均粒重=穗粒的總重量+玉米果穗的總粒數計算出平均粒重。
鑒于在考種方法中多用百粒重作為種子大小與充實程度的一項重要指標，所以還可以再根據平均粒重計算出百粒重，具體的百粒重=IOOX平均粒重。
通過上述方法，使用數字圖像處理和傳感器技術，實現玉米果穗考種的自動化，同時通過獲取玉米果穗的一周穗粒分布圖，計算所有玉米穗粒的形態指標、穗粒行數、行粒數、平均粒重等參數，提高玉米果穗考種精度。
實施例二
為達到上述 目的，本發明的實施例二中還提供了基于圖像實現高精度的玉米果穗考種裝置，考種裝置包括
箱體401、相機402、光源403、稱重裝置404、步進電機405，其中相機402、光源 403、稱重裝置404和步進電機405位于箱體401內部。
其中光源403為相機402拍照提供光，相機402用于獲取以玉米果穗的穗軸為中心軸的周視圖。
稱重裝置404用于稱量玉米果穗的重量、脫粒后的穗軸或穗粒的重量。
步進電機405為玉米果穗轉動提供動力。
相機402和玉米果穗的安放方法具體包括
將玉米果穗和相機402直立或水平相對放置，玉米果穗固定，相機402以玉米果穗為圓心旋轉一周；
或將玉米果穗和相機402直立或水平相對放置，相機402固定，玉米果穗旋轉一周。
玉米果穗考種裝置還包括電源406，為步進電機405的轉動提供動力
通過使用上述考種裝置，基于數字圖像處理和傳感器技術，實現玉米果穗考種的自動化，同時通過獲取玉米果穗的一周穗粒分布圖，計算所有玉米穗粒的形態指標、穗粒行數、行粒數、平均粒重等參數，提高玉米果穗考種精度。
實施例三
為達到上述目的，本發明的實施例三中還提供了基于圖像實現高精度的玉米果穗考種裝置，考種裝置包括
箱體501、N相機、光源503、稱重裝置504，本實施例中N的個數選為4，則第一相機5021、第二相機5022、第三相機5023、第四相機5024、光源503和稱重裝置504位于箱體 501內部。
其中光源503為相機拍照提供光，第一相機5021、第二相機5022、第三相機5023、 第四相機5024同時直立或水平放置，圍繞玉米果穗一周，且4個相機相對位于中心的玉米果穗分布的夾角均為90度。
稱重裝置504用于稱量玉米果穗的重量、脫離后的穗軸的重量。
通過使用上述考種裝置，基于數字圖像處理和傳感器技術，實現玉米果穗考種的自動化，同時通過獲取玉米果穗的一周穗粒分布圖，計算所有玉米穗粒的形態指標、穗粒行數、行粒數、平均粒重等參數，提高玉米果穗考種精度。
實施例四
為達到上述目的，本發明的實施例四中還提供了基于圖像實現高精度的玉米果穗考種裝置，如圖3所示，考種裝置包括
箱體601、相機602、光源603、稱重-轉動裝置604，相機602、光源603和稱重-轉動裝置604位于箱體601內部。
其中光源603為相機602拍照提供光。
稱重-轉動裝置604用于稱量玉米果穗的重量、脫粒后的穗軸或穗粒的重量，還用于為玉米果穗的旋轉提供動力。
具體的，稱重-轉動裝置604依次由插針6041、錐帽6042、錐形器6043、步進電機 6044和稱重傳感器6045組成，插針6041通過錐帽6042中間的圓孔a和錐形器6043連接， 錐帽6042扣在錐形器6043上，錐形器6043的下端與步進電機6044連接，稱重傳感器6045 位于步進電機6044下。
其中稱重-轉動裝置604的部分配合結構如圖4所示，錐帽6042和錐形器6043 的結構分別如圖4A和4B所示。
考種裝置還包括電源605，電源605為所述步進電機轉動提供動力。
通過使用上述考種裝置，基于數字圖像處理和傳感器技術，實現玉米果穗考種的自動化，同時通過獲取玉米果穗的一周穗粒分布圖，計算所有玉米穗粒的形態指標、穗粒行數、行粒數、平均粒重等參數，提高玉米果穗考種精度。
以上實施方式僅用于說明本發明，而并非對本發明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本發明的范疇，本發明的專利保護范圍應由權利要求限定。`
權利要求
1.基于圖像實現高精度的玉米果穗考種方法，其特征在于，所述考種方法具體包括S1:獲取以所述玉米果穗的穗軸為中心軸的周視圖，應用圖像處理算法對所述周視圖進行圖像處理，得到所述玉米果穗的形態指標、穗粒行數和行粒數，根據所述穗粒行數和所述行粒數計算出穗粒的總粒數；52:將所述玉米果穗脫粒，得到穗軸和穗粒；53:稱出所述穗粒的總重量或稱出所述穗軸的重量，再根據所述玉米果穗的重量和所述穗軸的重量計算出所述穗粒的總重量；54:根據所述穗粒的總重量和所述穗粒的總粒數計算出平均粒重及百粒重；在步驟S2之前還包括SO :稱出所述玉米果穗的重量。
2.如權利要求1所述的玉米果穗考種方法，其特征在于，所述步驟SO在步驟SI之前或之后執行。
3.如權利要求1所述的玉米果穗考種方法，其特征在于，所述步驟SI中獲取以所述玉米果穗的穗軸為中心軸的周視圖具體包括將所述玉米果穗和相機直立或水平相對放置，所述穗軸固定，所述相機以所述玉米果穗為圓心旋轉一周，得到所述周視圖；或將所述玉米果穗和相機直立或水平相對放置，所述相機固定，所述玉米果穗旋轉一周，得到所述周視圖；或將N個相機和所述玉米果穗同時直立或水平相對放置，且每個相機與相鄰相機相對位于中心的玉米果穗分布的夾角均為360/N度，得到N個圖組成所述周視圖，其中N為大于等于4的正整數。
4.基于圖像實現高精度的玉米果穗考種裝置，其特征在于，所述裝置包括箱體、相機、光源、稱重裝置和步進電機，所述相機、所述光源、所述稱重裝置和所述步進電機位于所述箱體內部；其中所述光源為所述相機拍照提供光，所述相機用于獲取以所述玉米果穗的穗軸為中心軸的周視圖；所述稱重裝置用于稱量所述玉米果穗的重量、脫粒后的穗軸或穗粒的重量；所述步進電機為所述玉米果穗轉動提供動力；所述玉米果穗考種裝置還包括電源，所述電源為所述步進電機的轉動提供動力。
5.如權利要求4所述的玉米果穗考種裝置，其特征在于，所述相機和所述玉米果穗的安放方法具體包括將所述玉米果穗和相機同時直立或水平相對放置，所述穗軸固定，所述相機以所述玉米果穗為圓心旋轉一周；或將所述玉米果穗和相機同時直立或水平相對放置，所述相機固定，所述玉米果穗以所述穗軸為中心旋轉一周。
6.基于圖像實現高精度的玉米果穗考種裝置，其特征在于，所述裝置包括箱體、N個相機、光源和稱重裝置，所述N個相機、所述光源和所述稱重裝置位于所述箱體內部，其中N為大于等于4的正整數；其中所述光源為所述相機拍照提供光；所述N個相機直立放置，圍繞直立的玉米果穗一周，且所述相機與相鄰相機相對于位于中心的玉米果穗分布的夾角均為360/N度；或所述N個相機水平放置，圍繞水平的玉米果穗一周，且所述相機與相鄰相機相對位于中心的玉米果穗分布的夾角均為360/N度；所述稱重裝置用于稱量所述玉米果穗的重量、脫離后的穗軸的重量。
7.基于圖像實現高精度的玉米果穗考種裝置，其特征在于，所述裝置包括箱體、相機、光源和稱重-轉動裝置，所述相機、所述光源和所述稱重-轉動裝置位于所述箱體內部；其中所述光源為所述相機拍照提供光；所述稱重-轉動裝置用于稱量所述玉米果穗的重量、脫粒后的穗軸或穗粒的重量，還用于為所述玉米果穗的旋轉提供動力。
8.如權利要求7所述的玉米果穗考種裝置，其特征在于，所述稱重-轉動裝置依次由插針、錐帽、錐形器、步進電機和稱重傳感器組成，所述插針通過所述錐帽中間的圓孔和所述錐形器連接，所述錐帽扣在所述錐形器的上，所述錐形器的下端與所述步進電機連接，所述稱重傳感器位于步進電機下。
9.如權利要求7或8所述的玉米果穗考種裝置，其特征在于，所述裝置還包括電源，所述電源為所述步進電機轉動提供動力。
全文摘要
本發明公開了基于圖像實現高精度的玉米果穗考種方法和裝置，通過獲取以玉米果穗的穗軸為中心軸的周視圖，應用圖像處理算法對周視圖進行圖像處理，得到玉米果穗的形態指標、穗粒行數和行粒數，根據穗粒行數和行粒數計算出穗粒的總粒數；將玉米果穗脫粒，得到穗軸和穗粒；稱出穗粒的總重量或稱出穗軸的重量，再根據玉米果穗的重量和穗軸的重量計算出穗粒的總重量；根據穗粒的總重量和穗粒的總粒數計算出平均粒重及百粒重；將玉米果穗脫粒前還包括使用稱重傳感器稱出玉米果穗的重量，使用數字圖像處理和傳感器技術，通過獲取玉米果穗的一周穗粒分布圖，計算所有玉米穗粒的形態指標、穗粒行數、行粒數、平均粒重等參數，提高玉米果穗考種精度。
文檔編號A01C1/00GK103039154SQ201210572990
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月25日 優先權日2012年12月25日
發明者郭新宇, 王傳宇, 肖伯祥, 吳升, 杜建軍 申請人:北京農業信息技術研究中心