基於圖像實現高效率的玉米果穗考種方法和裝置的製作方法
2023-10-08 13:14:39 1
專利名稱：基於圖像實現高效率的玉米果穗考種方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及玉米果穗考種技術領域，尤其涉及基於圖像實現高效率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佔重要地位的糧食作物，玉米育種在我國種業科研、生產等領域佔有重要的地位，玉米種業的核心問題之ー是玉米考種，傳統的考種方法大多依賴於手工操作，佔用大量人力資源，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.単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。由於技術固有的局限性，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「基於機器視覺的玉米考種裝置」中通過採用兩塊反光鏡能夠一次成像玉米果穗的三個側面的圖像，根據採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，但是並沒有在考種效率方面得到提高。
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實現多個玉米果穗同時考種，提高玉米考種效率。(ニ)技術方案為解決上述問題，本發明提供了基於圖像實現高效率的玉米果穗考種方法，所述考種方法包括S1:獲取N個玉米果穗並列放置圖像，使用圖像處理算法對所述圖像進行處理，計算所述N個玉米果穗的形態指標和平均行粒數，其中N > 2 ;S2 :將所述N個玉米果穗分別進行脫粒，得到穗軸和穗粒，按所述穗軸和所述穗粒的對應關係分堆順序擺放；S3 :逐一對所述穗軸進行稱重，井分別計算出每個玉米果穗的穗粒重；S4:從任ー堆中取少量穗粒作為樣本，通過圖像處理和稱重計算所述樣本的平均
粒重及百粒重；
S5 :以所述樣本的平均粒重作為每個玉米果穗的平均粒重，再根據每個玉米果穗的穗粒重量分別計算出每個玉米果穗的總粒數和穗粒行數；步驟S2之前還包括SO :分別稱出每個玉米果穗的重量。 優選地，,所述步驟S4具體包括S41 :從任ー穗粒堆中取出少量穗粒作為樣本，將所述樣本均勻平鋪在穗粒託盤上，稱出所述樣本的重量；S42:獲取樣本穗粒圖像，使用圖像處理算法對所述樣本穗粒圖像進行圖像處理，得到所述樣本的穗粒個數；S43 :根據步驟S41中樣本的重量和步驟S42中樣本的穗粒個數計算所述樣本的平
均粒重及百粒重。為解決上述問題，本發明還提供了基於圖像實現高效率的玉米果穗考種裝置，所述裝置包括箱體、相機、光源、N個果穗稱重託盤、穗粒稱重託盤，其中N ^ 2，所述相機、所述光源、所述N個果穗稱重託盤和所述穗粒稱重託盤位於所述箱體內部；所述相機和所述光源位於所述箱體的頂部，朝向所述箱體底部；所述N個果穗稱重託盤並列安裝於所述箱體的底部；所述穗粒稱重託盤安裝於所述N個果穗稱重託盤的上ー層。優選地，所述穗粒稱重託盤安裝於所述N個果穗稱重託盤的上ー層具體包括所述穗粒稱重託盤的一邊緣摺疊安裝於所述箱體的內壁，且水平位置高於所述果穗稱重託盤。(三)有益效果本發明提出了基於圖像實現高效率的玉米果穗考種方法和裝置，通過獲取N個玉米果穗並列放置圖像，使用圖像處理算法對圖像進行處理，計算N個玉米果穗的形態指標和平均行粒數，其中N≥2 ;將」個玉米果穗分別進行脫粒，得到穗軸和穗粒，按穗軸和穗粒的對應關係分堆順序擺放；逐一對穗軸進行稱重，井分別計算出每個玉米果穗的穗粒重；從任ー堆中取少量穗粒作為樣本，通過圖像處理和稱重計算樣本的平均粒重及百粒重；以樣本的平均粒重作為每個玉米果穗的平均粒重，再根據每個玉米果穗的穗粒重量分別計算出每個玉米果穗的總粒數和穗粒行數個玉米果穗分別進行脫粒之前還包括分別稱出每個玉米果穗的重量，使用數字圖像處理和傳感器技術，實現同時對多個玉米果穗進行考種作業，大幅提高玉米考種作業的效率。
圖1為基於圖像實現高效率的玉米果穗考種方法的第一種步驟流程圖；圖2為基於圖像實現高效率的玉米果穗考種方法的第二種步驟流程圖；圖3為基於圖像實現高效率的玉米果穗考種方法中獲取的5個玉米果穗並列放置圖像；圖4為基於圖像實現高效率的玉米果穗考種方法中步驟S4的操作流程圖；圖5為基於圖像實現高效率的玉米果穗考種方法中獲取的樣本穗粒圖像；
圖6為基於圖像實現高效率的玉米果穗考種方法中步驟S5的操作流程圖；圖7為基於圖像實現高效率的玉米果穗考種裝置結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進ー步詳細描述。以下實施例用於說明本發明，但不用來限制本發明的範圍。實施例一本發明實施例一中提供了基於圖像實現高效率的玉米果穗考種方法，本實施例中的高效率體現在考種作業時一次處理N個玉米果穗，其中N > 2，N的個數是根據相機的拍攝範圍和箱體的大小決定的，實現最大效率的利用箱體內空間同時達到較好的拍攝效果，在本實施例中N的個數取為5，但並不局限於N的個數只能為5。考種方法的步驟流程如圖1和圖2所示，具體包括以下步驟S1:獲取5個玉米果穗並列放置圖像，如圖3所示。再使用圖像處理算法對圖像進行處理，計算5個玉米果穗的形態指標和平均行粒數。具體的，使用圖像處理算法對5個玉米果穗並列放置的圖像進行背景歸ー化、ニ值化處理，分別得到5個玉米果穗的形態指標和平均行粒數，其中形態指標包括果穗的長度和果穗的直徑，平均行粒數是根據拍攝的俯視圖所覆蓋到的行粒數求平均值得到的，假設第一個果穗覆蓋到6行，並且第I行的行粒數為27，第2行的行粒數為28，第3行的行粒數為29，第4行的行粒數為29，第5行的行粒數為28，第6行的行粒數為27，則計算得到的平均行粒數 N1= (27+28+29+29+28+27) +6=28。5個玉米果穗的果穗長度分別為L1, L2, L3> L4和L5, 5個玉米果穗的果穗直徑分別為D1. D2、D3> D4和D5, 5個玉米果穗的平均行粒數分別為H N3> N4和N5。S2 :將5個玉米果穗分別進行脫粒，得到穗軸和穗粒，按穗軸和穗粒的對應關係分堆順序擺放。第一個玉米果穗脫粒後得到的穗軸為穗軸A，這ー堆穗粒為穗粒A ;第二個玉米果穗脫粒後得到的穗軸為穗軸B，這ー堆穗粒為穗粒B ;第三個玉米果穗脫粒後得到的穗軸為穗軸C，這ー堆穗粒為穗粒C ;第四個玉米果穗脫粒後得到的穗軸為穗軸D，這ー堆穗粒為穗粒D ;第五個玉米果穗脫粒後得到的穗軸為穗軸E，這ー堆穗粒為穗粒E。在將5個玉米果穗分別進行脫粒之前還包括SO:分別稱出每個玉米果穗的重量，即5個玉米果穗的重量分別為Gp G2、G3> G4和G5。步驟SO分別稱出玉米果穗的重量在步驟SI獲取5個玉米果穗並列放置圖像之前執行，則玉米果穗考種的步驟如圖1所示。或者步驟SO分別稱出玉米果穗的重量在步驟SI獲取5個玉米果穗並列放置圖像之後執行，則玉米果穗考種的步驟如圖2所示。S3 :逐一對穗軸進行稱重，井分別計算出每個玉米果穗的穗粒重。分別稱出5個玉米果穗的穗軸重量分別為Wtt和Wtt5，所以根據果穗的重量分別計算出5個玉米果穗的穗粒重分別為Wffl=G1 — Wtt,Wff2=G2 — Wtt2jWff3=G3 —
W 軸 3，W 籽 4_G4 — W 軸 4，W 籽 5-G5 — W 軸 5。
S4:從任ー堆中取少量穗粒作為樣本，通過圖像處理和稱重計算樣本的平均粒重及百粒重，具體的操作流程如圖4 S41 :從任ー穗粒堆中取出少量穗粒作為樣本，將樣本均勻平鋪在穗粒託盤上，稱出樣本的重量w ;S42 :獲取樣本穗粒圖像，如圖5所示，再使用圖像處理算法對樣本穗粒圖像進行圖像處理，得到樣本的穗粒個數n ；S43 :根據步驟S41中樣本的重量和步驟S42中樣本的穗粒個數計算樣本的平均粒重+ 鑑於在考種方法中多用百粒重作為種子大小與充實程度的ー項重要指標，所以還可以再根據平均粒重計算出百粒重，具體的百粒重=100X平均粒重。S5 以樣本的平均粒重作為每個玉米果穗的平均粒重，再根據每個玉米果穗的穗粒重量分別計算出每個玉米果穗的總粒數和穗粒行數，具體流程如圖6所示。步驟S5中根據每個果穗的穗粒重量計算出每個果穗的總穗粒數目和穗粒行數具體包括S51 :根據每個果穗的穗粒重和平均粒重計算出每個玉米果穗的總粒數；S52:再分別根據每個玉米果穗的總粒數和平均行粒數計算出穗粒行數。具體的，以樣本的平均粒重Wtt作為每個果穗的平均粒重，即每個果穗的平均粒重W1=W2=W3=W4=W5=Wtto因為第I個果穗的籽重量Wffl，所以第I個果穗的總穗粒數Z1=Wffl^W1 ；同理因為第2個果穗的籽重量W5ff2，所以第2個果穗的總穗粒數Z2=Wff 2+W2 ；因為第3個果穗的籽重量Wff3，所以第3個果穗的總穗粒數Z3=Wff 3+W3 ；因為第4個果穗的籽重量W5ff4，所以第4個果穗的總穗粒數Z4=Wff 4+W4 ；因為第5個果穗的籽重量Wff5，所以第5個果穗的總穗粒數Z5=Wff 5+W5。再根據每個果穗的總穗粒數計算出穗粒行數，根據穗粒行數H=總穗粒數+平均行粒數N。依次計算出第I個果穗的穗粒行數H1=總穗粒數\七平均行粒數N1 ； 第2個果穗的穗粒行數H2=總穗粒數Z2 +平均行粒數N2 ；第3個果穗的穗粒行數H3=總穗粒數Z3+平均行粒數N3 ；第4個果穗的穗粒行數H4=總穗粒數Z4+平均行粒數N4 ；第5個果穗的穗粒行數H5=總穗粒數Z5+平均行粒數N5。通過上述方法，獲取5個玉米果穗並列放置圖像，使用圖像處理算法對圖像進行處理，計算5個玉米果穗的形態指標和平均行粒數；將5個玉米果穗分別進行脫粒，得到穗軸和穗粒，按穗軸和穗粒的對應關係分堆順序擺放；逐一對穗軸進行稱重，井分別計算出每個玉米果穗的穗粒重；從任ー堆中取少量穗粒作為樣本，通過圖像處理和稱重計算樣本的平均粒重及百粒重；以樣本的平均粒重作為每個玉米果穗的平均粒重，再根據每個玉米果穗的穗粒重量分別計算出每個玉米果穗的總粒數和穗粒行數；將5個玉米果穗分別進行脫粒之前還包括分別稱出每個玉米果穗的重量，使用數字圖像處理和傳感器技術，實現同時對多個玉米果穗進行考種作業，大幅提高玉米考種作業的效率。實施例ニ為達到上述目的，本發明的實施例ニ中還提供了基於圖像實現高效率的玉米果穗考種裝置，本實施例中的高效率體現在考種作業時一次處理N個玉米果穗，其中N > 2，N的個數是根據相機的拍攝範圍和箱體的大小決定的，實現最大效率的利用箱體內空間同時達到較好的拍攝效果，在本實施例中N的個數取為5，但並不局限於N的個數只能為5，如圖7所示，考種裝置包括箱體701、相機702、光源703、果穗稱重託盤7041、果穗稱重託盤7042、果穗稱重託盤7043、果穗稱重託盤7044、果穗稱重託盤7045、穗粒稱重託盤705，相機702、光源703、果穗稱重託盤7041、果穗稱重託盤7042、果穗稱重託盤7043、果穗稱重託盤7044、果穗稱重託盤7045、穗粒稱重託盤705都位於箱體701內部；相機702和光源703位於箱體701的頂部，朝向箱體701的底部；果穗稱重託盤7041、果穗稱重託盤7042、果穗稱重託盤7043、果穗稱重託盤7044、果穗稱重託盤7045並列安裝於箱體701的底部；穗粒稱重託盤705安裝於5個果穗稱重託盤的上ー層,具體的,穗粒稱重託盤705的一邊緣摺疊安裝於箱體701的內壁，且水平位置高於5個果穗稱重託盤。其中圖7A為穗粒稱重託盤705打開時的結構示意圖，圖7B為穗粒稱重託盤705摺疊起來時的結構示意圖。通過上述裝置，獲取5 個玉米果穗並列放置圖像，使用圖像處理算法對圖像進行處理，計算5個玉米果穗的形態指標和平均行粒數；將5個玉米果穗分別進行脫粒，得到穗軸和穗粒，按穗軸和穗粒的對應關係分堆順序擺放；逐一對穗軸進行稱重，井分別計算出每個玉米果穗的穗粒重；從任ー堆中取少量穗粒作為樣本，通過圖像處理和稱重計算樣本的平均粒重及百粒重；以樣本的平均粒重作為每個玉米果穗的平均粒重，再根據每個玉米果穗的穗粒重量分別計算出每個玉米果穗的總粒數和穗粒行數；將5個玉米果穗分別進行脫粒之前還包括分別稱出每個玉米果穗的重量，使用數字圖像處理和傳感器技術，實現同時對多個玉米果穗進行考種作業，大幅提高玉米考種作業的效率。以上實施方式僅用於說明本發明，而並非對本發明的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫粒本發明的精神和範圍的情況下，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於本發明的範疇，本發明的專利保護範圍應由權利要求限定。
權利要求
1.基於圖像實現高效率的玉米果穗考種方法，其特徵在於，所述考種方法具體包括 51:獲取N個玉米果穗並列放置圖像，使用圖像處理算法對所述圖像進行處理，計算所述N個玉米果穗的形態指標和平均行粒數，其中N > 2 ; 52:將所述N個玉米果穗分別進行脫粒，得到穗軸和穗粒，按所述穗軸和所述穗粒的對應關係分堆順序擺放； 53:逐一對所述穗軸進行稱重，並分別計算出每個玉米果穗的穗粒重； 54:從任一堆中取少量穗粒作為樣本，通過圖像處理和稱重計算所述樣本的平均粒重及百粒重； 55以所述樣本的平均粒重作為每個玉米果穗的平均粒重，再根據每個玉米果穗的穗粒重量分別計算出每個玉米果穗的總粒數和穗粒行數； 步驟S2之前還包括 SO :分別稱出每個玉米果穗的重量。
2.如權利要求1所述的考種方法，其特徵在於，所述步驟SO在所述步驟SI之前或之後執行。
3.如權利要求1所述的考種方法，其特徵在於，所述步驟S4具體包括 S41 :從任一穗粒堆中取出少量穗粒作為樣本，將所述樣本均勻平鋪在穗粒託盤上，稱出所述樣本的重量； S42:獲取樣本穗粒圖像，使用圖像處理算法對所述樣本穗粒圖像進行圖像處理，得到所述樣本的穗粒個數； S43 :根據步驟S41中樣本的重量和步驟S42中樣本的穗粒個數計算所述樣本的平均粒重及百粒重。
4.如權利要求1所述的考種方法，其特徵在於，所述步驟S5中根據所述每個果穗的穗粒重量計算出每個果穗的總穗粒數目和穗粒行數具體包括 S51 :根據所述每個果穗的穗粒重和所述平均粒重計算出每個玉米果穗的總粒數； S52:再分別根據每個玉米果穗的總粒數和所述平均行粒數計算出所述穗粒行數。
5.基於圖像實現高效率的玉米果穗考種裝置，其特徵在於，所述裝置包括箱體、相機、光源、N個果穗稱重託盤、穗粒稱重託盤，其中N > 2，所述相機、所述光源、所述N個果穗稱重託盤和所述穗粒稱重託盤位於所述箱體內部； 所述相機和所述光源位於所述箱體的頂部，朝向所述箱體底部； 所述N個果穗稱重託盤並列安裝於所述箱體的底部； 所述穗粒稱重託盤安裝於所述N個果穗稱重託盤的上一層。
6.如權利要求5所述的考種裝置，其特徵在於，所述穗粒稱重託盤安裝於所述N個果穗稱重託盤的上一層具體包括 所述穗粒稱重託盤的一邊緣摺疊安裝於所述箱體的內壁，且水平位置高於所述果穗稱重託盤。
全文摘要
本發明公開了基於圖像實現高效率的玉米果穗考種方法和裝置，通過獲取N個玉米果穗並列放置圖像，使用圖像處理算法對圖像進行處理，計算N個玉米果穗的形態指標和平均行粒數，將N個玉米果穗分別進行脫粒，得到穗軸和穗粒；逐一對穗軸進行稱重，並分別計算出每個玉米果穗的穗粒重；從任一堆中取少量穗粒作為樣本，通過圖像處理和稱重計算樣本的平均粒重及百粒重；以樣本的平均粒重作為每個玉米果穗的平均粒重，再根據每個玉米果穗的穗粒重量分別計算出每個玉米果穗的總粒數和穗粒行數，使用數字圖像處理和傳感器技術，實現同時對多個玉米果穗進行考種作業，大幅提高玉米考種作業的效率。
文檔編號A01C1/00GK103026823SQ201210572068
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月25日 優先權日2012年12月25日
發明者趙春江, 郭新宇, 肖伯祥, 王傳宇, 吳升 申請人:北京農業信息技術研究中心