一种果穗图像信息获取装置及方法
【专利摘要】本发明提供的一种果穗图像信息获取装置及方法，其中，装置包括，包括：第一夹持棒、第二夹持棒、第一控制结构、与第一控制结构上下对称的第二控制结构、第一支架和相机；第一夹持棒和第二夹持棒竖直设置于果穗周边；第一控制结构包括第一推拉滑块、第一连接块、第二推拉滑块和第二连接块，第一推拉滑块与第一连接块的一端相连；第一连接块的另一端与第一夹持棒的上端相连，第二推拉滑块与第二连接块的一端相连，第二连接块的另一端与第二夹持棒的上端相连；第一控制结构和第二控制结构均设于第一支架上；相机设置于果穗周围，用于果穗图像信息的获取。本发明保证不同形态果穗直立于相机环绕中心，提高果穗图像获取的精度和效率。
【专利说明】
一种果穗图像信息获取装置及方法
技术领域
[0001]本发明涉及图像信息获取领域，尤其涉及一种果穗图像信息获取装置及方法。
【背景技术】
[0002]玉米果穗考种是玉米育种过程中对育种材料进行评定优劣、决定取舍的一个重要环节。该环节包括检测玉米果穗穗长、穗粗、穗行数、行粒数、秃尖等参数。传统室内考种主要通过人工方式，针对所有样本的各类参数逐一进行手动测量，这种方式测量效率较低，而且测量过程中存在人工误差，无法满足大规模的考种测量要求。实现玉米果穗的自动化考种是解决这一问题的重要方法。
[0003]现有的玉米果穗考种装置主要是单相机旋转拍摄和多相机环绕拍摄，采用单个摄像头静态拍摄时，只能获取玉米果穗单侧图像，通过分析进而估算整个玉米穗的考种参数，获取的参数精度具有一定局限性;采用单个摄像头进行旋转拍摄，则限制了系统的测量效率。采用多相机环绕拍摄，可以一次拍摄获取果穗全部的表形信息，但多相机环绕拍摄需要将玉米直立与相机环绕的中心位置，现有装置无法保证不同尺寸的考种样本均能直立，从而会影响图像采集质量，影响考种参数测量的精度和效率。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的缺陷，本发明提出了解决上述技术问题的一种果穗图像信息获取装置及方法，能保持果穗的直立，使多相机环绕拍摄到高质量的图像信息。
[0005]第一方面，本发明提供一种果穗图像信息获取装置，包括:
[0006]第一夹持棒、第二夹持棒、第一控制结构、与第一控制结构上下对称的第二控制结构、第一支架和相机;所述第一夹持棒和第二夹持棒竖直设置于所述果穗周边，用于夹持所述果穗，使其保持直立状态;所述第一控制结构包括第一推拉滑块、第一连接块、第二推拉滑块和第二连接块，所述第一推拉滑块与所述第一连接块的一端相连;所述第一连接块的另一端与所述第一夹持棒的上端相连，所述第二推拉滑块与所述第二连接块的一端相连，所述第二连接块的另一端与所述第二夹持棒的上端相连;所述第一控制结构和第二控制结构均设于所述第一支架上;所述相机设置于所述果穗周围，用于果穗图像信息的获取。
[0007]优选的，所述装置还包括第三夹持棒、第四夹持棒、第三控制结构、第四控制结构和第二支架;所述第二支架与所述第一支架平行放置，所述第三夹持棒、第四夹持棒、第三控制结构、第四控制结构和第二支架与所述第一夹持棒、第二夹持棒、第一控制结构、第二控制结构和第一支架在空间上一一对应设置。
[0008]优选的，所述第一控制结构还包括弹簧，所述第一推拉滑块通过所述弹簧与所述第一连接块相连。
[0009]优选的，所述第一支架还包括第一丝杠，所述装置还包括丝杠电机，所述第一丝杠与所述第一推拉滑块连接，所述丝杠电机带动所述第一丝杠的旋转。
[0010]优选的，所述第一丝杠与所述第一推拉滑块和所述第二推拉滑块通过螺纹连接，所述第一丝杠设置有外螺纹，所述第一推拉滑块和第二推拉滑块设置有内螺纹。
[0011]优选的，所述丝杠的外螺纹为一半正旋螺纹和一半反旋螺纹，所述正旋螺纹与所述第一推拉滑块的内螺纹连接，所述反旋螺纹与所述第二推拉滑块的内螺纹连接，用于控制第一推拉滑块和第二推拉滑块向相反方向运动。
[0012]优选的，所述装置还包括光源，所述光源设置与所述果穗上方。
[0013]优选的，所述第一连接块和第二连接块靠近所述果穗一侧为弧形。
[0014]优选的，所述相机为4个，所述相机设置于所述果穗周围，与所述果穗距离预设长度，所述相机之间的距离相同。
[0015]第二方面，本发明提供一种应用于上述果穗图像信息获取装置的果穗图像获取方法，其特征在于，包括:
[0016]利用光源照射果穗；
[0017]丝杠电机带动丝杠的旋转，通过控制推拉滑块的运动，从而控制夹持棒的开合与关闭，自动扶正果穗；
[0018]通过相机获取果穗的图像信息。
[0019]由上述技术方案可知，本发明提供了一种果穗图像信息获取装置及方法，通过推拉滑块控制夹持棒的开合和关闭，保证不同形态玉米果穗自动直立于摄像头环绕中心，对直立玉米果穗，通过相机一次性获取玉米高质量图像，进而提高果穗图像获取的精度和效率。
【附图说明】
[0020]图1-1为本发明一实施例提供的果穗图像信息获取装置结构的平视图；
[0021]图1-2为本发明一实施例提供的果穗图像信息获取装置结构的俯视图；
[0022]图2为本发明一实施例提供的果穗图像信息获取装置的整体结构图；
[0023]图3为本发明一实施例提供的果穗图像信息获取装置的工作原理示意图；
[0024]图4为本发明一实施例提供的果穗图像信息获取装置的相机布置示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0026]图1-1为本发明一实施例提供的果穗图像信息获取装置结构的平视图；图1-2为本发明一实施例提供的果穗图像信息获取装置结构的俯视图；如图1-1和1-2所示，本实施例的果穗图像信息获取装置包括:第一夹持棒3、第二夹持棒6、第一控制结构、与第一控制结构上下对称的第二控制结构、第一支架12和相机11;所述第一夹持棒3和第二夹持棒6竖直设置于所述果穗周边，用于夹持所述果穗，使其保持直立状态;所述第一控制结构包括第一推拉滑块1、第一连接块4、第二推拉滑块7和第二连接块5，所述第一推拉滑块I与所述第一连接块4的一端相连;所述第一连接块4的另一端与所述第一夹持棒3的上端相连，所述第二推拉滑块7与所述第二连接块5的一端相连，所述第二连接块5的另一端与所述第二夹持棒6的上端相连;所述第一控制结构和第二控制结构通过导轨9安装于所述第一支架12上;所述相机11设置于所述果穗周围，用于果穗图像信息的获取。
[0027]上述装置通过推拉滑块控制夹持棒的开合和关闭，保证不同形态玉米果穗自动直立于摄像头环绕中心，对直立玉米果穗，通过相机11 一次性获取玉米高质量图像，进而提高果穗图像获取的精度和效率。
[0028]值得说明的是，为了能够实现果穗的全表面信息的获取，所述夹持棒优选的为金属材质，厚度为1mm，但是其他适合不同场合的材质和尺寸也属于本发明要保护的范围之内。
[0029]果穗图像获取装置的夹持棒围成的圆柱内径为45_，高度为250mm，可以实现直径大于45mm、高度小于250mm的果穗的自动扶正。
[0030]进一步的，所述装置还包括第三夹持棒、第四夹持棒、第三控制结构、第四控制结构和第二支架13;所述第二支架13与所述第一支架12平行放置，第二支架13与所述第三夹持棒、第四夹持棒、第三控制结构、第四控制结构和第二支架13与所述第一夹持棒3、第二夹持棒6、第一控制结构、第二控制结构和第一支架12在空间上一一对应设置。
[0031]可以理解的是，第三控制结构和第四控制结构都包括两个推拉滑动块和两个连接片，并且设置的位置与第一控制结构和第二控制结构相同。
[0032]上述装置使用四根夹持棒夹持果穗能够使得果穗保持稳固的直立状态。
[0033]进一步的，所述第一控制结构还包括弹簧2，所述第一推拉滑块I通过所述弹簧2与所述第一连接块4相连。可以理解的是，第一控制结构、第二控制结构、第三控制结构和第四控制结构都是对称的结构，因此下面对第一控制结构中的具体连接关系同样适用于第二控制结构、第三控制结构和第四控制结构。
[0034]值得说明的是，第一推拉滑块I与第一连接块4采用弹簧2连接，利用弹簧2的推力，带动与第一连接块4相连的第一夹持棒3向圆心挤压扶正玉米果穗。在第一推拉滑块I和第一连接块4之间加上弹簧2连接，不同尺寸的玉米挤压夹持片，造成弹簧2形变，保证不同尺寸的玉米都能受到夹持片的作用进行扶正。
[0035]上述装置弹簧2在挤压过程中的形变为不同尺寸的果穗提供尺寸变形，适应不同尺寸的果穗。从而扩展了果穗图像信息获取装置的应用范围。
[0036]进一步的，所述第一支架12还包括第一丝杠，所述装置还包括丝杠电机10，所述第一丝杠与所述第一推拉滑块I连接，所述丝杠电机10带动所述第一丝杠的旋转。
[0037]进一步的，所述第一丝杠与所述第一推拉滑块I和所述第二推拉滑块7通过螺纹连接，所述第一丝杠设置有外螺纹，所述第一推拉滑块I和第二推拉滑块7设置有内螺纹。
[0038]采用丝杠电机10带动丝杠的旋转，丝杠的外螺纹与推拉滑块的内螺纹配合，做到玉米果穗自动进料、卸料。类似采用电磁铁、电推杆实现半月形连接块的开闭的结构同属相同结构，也属于本发明的保护范围之内。
[0039]进一步的，所述丝杠的外螺纹为一半正旋螺纹和一半反旋螺纹，所述正旋螺纹与所述第一推拉滑块I的内螺纹连接，所述反旋螺纹与所述第二推拉滑块7的内螺纹连接，用于控制第一推拉滑块I和第二推拉滑块7向相反方向运动。丝杠的左端和右端分别为正反螺纹，通过丝杠的转动保证滑块移动大小相同方向相反的一段距离。可以保证不同形态玉米果穗自动直立于摄像头环绕中心，对直立玉米果穗，
[0040]进一步的，所述装置还包括光源8，所述光源8设置与所述果穗上方。
[0041]以保证果穗图像信息获取过程中有充分的光亮，使得获取的图像信息更加的准确。
[0042]进一步的，所述连接块靠近所述果穗一侧为弧形。
[0043]进一步的，所述相机为4个，所述相机设置于所述果穗周围，与所述果穗距离预设长度，所述相机之间的距离相同。
[0044]可以理解的是，采用四根夹持片与四组相机排列拍摄，四根夹持片和四组相机围绕圆心90度间隔排列，相机经圆心与夹持片成45度角，保证每个相机都能拍摄到一个完整的面。类似N组照相机配合N组夹持片的结构(N> = 3)同属相同结构。为了能够实现玉米子粒全表面信息的获取。使用四个相机90度间隔拍摄如图2所示，相机与夹持配合，相机获得四个方向的玉米的表形信息。
[0045]上述装置采用四个摄像头进行等间隔环绕拍摄，一次性获取玉米全表面高质量图像，利用图像技术进行分析，进而提高果穗考种的精度和效率。装置的整体结构示意图如图3所示。
[0046]下面以玉米果穗为例，根据图4具体说明果穗图像信息获取装置的工作过程:
[0047]玉米进入果穗图像信息获取装置前，由支架上的丝杠带动推拉滑块，左右推拉滑块上分别装有正旋和反旋螺纹，可以保证推来滑块左右展开相同的距离。上面的弧形连接块拉开后，四根扶正夹持片形成倒锥形结构，此时玉米进入果穗图像信息获取装置内。玉米进入果穗图像信息获取装置内，丝杠带动推拉滑块复位，滑块挤压弹簧推动半月形连接块，夹持片挤压扶正玉米，通过弹簧推动果穗图像信息获取装置的夹持片将玉米直立于四相机环绕的中央。此时四个摄像机在不同的角度对玉米进行拍摄。拍摄完成后由下面的丝杠带动推拉滑块完成卸料，卸料后复位，准备进行下次采集。
[0048]本发明提供的一种基于机器视觉的玉米果穗性状采集装置，相比于其他玉米果穗性状采集装备，可以实现自动上料、卸料，实现连续测量。使玉米果穗直立进行拍摄，四组相机环绕玉米果穗进行拍摄，一次拍摄获得全表面图像。果穗图像信息获取装置可以适应不同尺寸的玉米，将其扶正直立于测量圆心处。在通过图像处理算法获得玉米的穗长、穗宽、行数、行粒数、列数、秃尖等参数，实现了玉米果穗育种全方位图像信息连续自动获取。
[0049]另外，本发明提供了一种果穗图像信息获取方法，包括:
[0050]利用光源照射果穗；
[0051 ]丝杠电机带动丝杠的旋转，通过控制推拉滑块的运动，从而控制夹持棒的开合与关闭，自动扶正果穗；
[0052]通过相机获取果穗的图像信息。
[0053]上述方法能获取玉米表面高质量图像，进而提高果穗图像获取的精度和效率。
[0054]本领域技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在于该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是互相排斥之处，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。
[0055]此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
[0056]本发明的各个部件实施例可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
[0057]最后应说明的是:本领域普通技术人员可以理解:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。
【主权项】
1.一种果穗图像信息获取装置，其特征在于，包括:第一夹持棒、第二夹持棒、第一控制结构、与第一控制结构上下对称的第二控制结构、第一支架和相机;所述第一夹持棒和第二夹持棒竖直设置于所述果穗周边，用于夹持所述果穗，使其保持直立状态;所述第一控制结构包括第一推拉滑块、第一连接块、第二推拉滑块和第二连接块，所述第一推拉滑块与所述第一连接块的一端相连;所述第一连接块的另一端与所述第一夹持棒的上端相连，所述第二推拉滑块与所述第二连接块的一端相连，所述第二连接块的另一端与所述第二夹持棒的上端相连;所述第一控制结构和第二控制结构均设于所述第一支架上;所述相机设置于所述果穗周围，用于果穗图像信息的获取。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第三夹持棒、第四夹持棒、第三控制结构、第四控制结构和第二支架;所述第二支架与所述第一支架平行放置，所述第三夹持棒、第四夹持棒、第三控制结构、与第三控制结构上下对称的第四控制结构和第二支架与所述第一夹持棒、第二夹持棒、第一控制结构、第二控制结构和第一支架在空间上一一对应设置。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一控制结构还包括弹簧，所述第一推拉滑块通过所述弹簧与所述第一连接块相连。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一支架还包括第一丝杠，所述装置还包括丝杠电机，所述第一丝杠与所述第一推拉滑块连接，所述丝杠电机带动所述第一丝杠的旋转。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一丝杠与所述第一推拉滑块和所述第二推拉滑块通过螺纹连接，所述第一丝杠设置有外螺纹，所述第一推拉滑块和第二推拉滑块设置有内螺纹。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述丝杠的外螺纹为一半正旋螺纹和一半反旋螺纹，所述正旋螺纹与所述第一推拉滑块的内螺纹连接，所述反旋螺纹与所述第二推拉滑块的内螺纹连接，用于控制第一推拉滑块和第二推拉滑块向相反方向运动。7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括光源，所述光源设置与所述果穗上方。8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一连接块和第二连接块靠近所述果穗一侧为弧形。9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述相机为4个，所述相机设置于所述果穗周围，与所述果穗距离预设长度，所述相机之间的距离相同。10.—种应用于权利要求1-9中任一项所述果穗图像信息获取装置的果穗图像获取方法，其特征在于，包括: 利用光源照射果穗； 丝杠电机带动丝杠的旋转，通过控制推拉滑块的运动，从而控制夹持棒的开合与关闭，自动扶正果穗； 通过相机获取果穗的图像信息。
【文档编号】A01C1/00GK105830580SQ201610166366
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年3月22日
【发明人】宋鹏, 王成, 张晗, 路文超, 罗斌, 潘大宇
【申请人】北京农业信息技术研究中心