一种穴盘苗检测系统和方法
【专利摘要】本发明提供的一种穴盘苗检测系统和方法，系统包括:图像采集单元，用于从待测穴盘苗的正上方分别采集没有激光照射时穴盘苗的无激光图像和有激光照射时穴盘苗的有激光图像，并将无激光图像和有激光图像发送给处理单元;线激光单元，用于从待测穴盘苗的侧面照射穴盘苗的顶部;控制单元，用于向图像采集单元发送图像采集控制信号控制图像采集单元采集图像和向激光单元发送激光照射控制信号控制线激光单元发射激光;处理单元，用于根据图像采集单元采集的无激光图像计算出待测穴盘苗顶部的叶片的像素面积和根据图像采集单元采集的有激光图像计算出待测穴盘苗的高度值。通过该系统和方法，能够得到穴盘苗顶部的叶片的像素面积和穴盘苗的高度值。
【专利说明】一种穴盘苗检测系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及农业【技术领域】，尤其涉及一种穴盘苗检测系统和方法。
【背景技术】
[0002]随着工厂化育苗技术的发展，穴盘苗逐步成为一个标准个体，穴盘作为一种结构化的承载容器，用于幼苗批量搬运、销售和运输。为了满足移栽、嫁接以及定植管理的精准自动化实现，用户对穴盘苗质量的一致性方面要求逐步提高。然而在种苗实际生产过程中，蔬菜和花卉种子发芽率只能达到80%左右，部分穴盘穴孔会出现缺苗。此外由于种子个体差异以及苗期管理环境因素差异，各穴孔种苗生长层次不齐，部分穴孔种苗甚至可能发生病变。为了保证穴盘苗生长整齐，需要对穴盘苗进行筛选，剔除穴盘中的缺苗和劣苗穴孔，并进行补栽，以保证穴盘种苗整体质量。
[0003]现有技术中，对于穴盘苗的检测主要是通过在苗床上方放置摄像机，从穴盘苗的正上方采集穴盘苗的图像信息，进而对穴盘苗进行检测。
[0004]通过上述描述可见，现有技术中能够从正上方采集穴盘苗的图像，能够得到穴盘苗的顶部的平面信息，没有办法得到穴盘苗的高度信息。
【发明内容】
[0005]本发明提供了一种穴盘苗检测系统和方法，能够得到穴盘苗顶部的叶片的像素面积和穴盘苗的高度值。
[0006]一方面，本发明提供了一种穴盘苗检测系统，所述系统包括:图像采集单元、线激光单元、控制单元和处理单元；
[0007]所述图像采集单元，用于从待测穴盘苗的正上方分别采集没有线激光单元激光照射时穴盘苗的无激光图像和有线激光单元激光照射时穴盘苗的有激光图像，并将无激光图像和有激光图像发送给处理单元；
[0008]所述线激光单元，用于从待测穴盘苗的侧面照射穴盘苗的顶部；
[0009]所述控制单元，用于向图像采集单元发送图像采集控制信号控制图像采集单元采集图像,并向激光单元发送激光照射控制信号控制线激光单元发射激光；
[0010]所述处理单元，用于根据图像采集单元采集的无激光图像计算出待测穴盘苗顶部的叶片的像素面积，并根据图像采集单元采集的有激光图像计算出待测穴盘苗的高度值。
[0011]进一步地，所述系统还包括:传送单元和穴盘定位单元；
[0012]所述传送单元，用于传送穴盘苗；
[0013]所述穴盘定位单元，用于定位传送单元上待测穴盘苗，并向所述控制单元发送定位完成信号；
[0014]所述控制单元，还用于接收穴盘定位单元发送的定位完成信号，并根据所述信号向图像采集单元发送图像采集控制信号控制图像采集单元采集图像并向激光单元发送激光照射控制信号控制线激光单元发射激光。[0015]进一步地，所述图像采集单元包括:摄像机和第一文架；
[0016]摄像机固定在第一文架上，位于待测穴盘苗的正上方。
[0017]进一步地，所述线激光单元包括:线激光源、第二支架和光源固定件；
[0018]线激光源通过光源固定件固定在第二支架上；
[0019]所述光源固定件，用于通过转动来调节线激光源角度。
[0020]进一步地,所述传送单元包括传送带；
[0021]所述穴盘定位单元也括:光电开关、反射板、档杆和电磁铁；
[0022]光电开关与反射板分别安装在传送带两侧，光电开关的光信号发射点的高度不高于穴盘；
[0023]在传送带两侧分别安装两组电磁铁和档杆，电磁铁伸缩杆连接档杆；
[0024]所述光电开关，用于发出光信号，当光电开关和反射板之间无遮挡时，光电开关接收到反射回的光信号，输出脉冲信号给控制单元，使控制单元向电磁铁发送档杆伸缩控制
信号；
[0025]所述电磁铁，用于根据控制单元发来的档杆伸缩控制信号，驱动档杆伸出，插入穴盘穴孔间隙，将穴盘卡住定位。
[0026]进一步地，所述控制单元用于接收光电开关发送的脉冲信号，向电磁铁发送档杆伸缩控制信号，使电磁铁驱动档杆伸出，插入穴盘穴孔间隙，将穴盘卡住定位，向摄像机发送图像采集控制信号控制摄像机采集一副无激光图像，采集完成后，向线激光源发送激光照射控制信号控制线激光源发射激光，再向摄像机发送图像采集控制信号控制摄像机采集一副有激光图像，采集完成后向线激光源发送激光照射控制信号控制线激光源停止发射激光，向电磁铁发送档杆伸缩控制信号是电磁铁控制驱动档杆缩回。
[0027]进一步地，所述处理单元用于，根据图像采集单元采集的无激光图像计算出待测穴盘苗顶部的叶片的像素面积，包括:将图像由RGB转化至YCbCr色彩空间，当各个像素的色彩特征满足条件|Cbi_123| <5且ICr1-UlI < 5，则认为其为幼苗叶片像素，将其置为白色，否则为其他背景像素，将其置为黑色，分别统计各个相连的白色区域像素面积，其中，Cbi, Cri分别对应各像素蓝色色度和红色色度，i为像素编号；
[0028]所述处理单元用于根据图像采集单元采集的有激光图像计算出待测穴盘苗的高度值，也括:当(RiiGi7Bi)满足条件 R-240 < 150，G「20 < 50 且 B-20 < 50 时，则认为为红色线激光像素，置为白色，其他为背景像素，置为黑色，基于结构光的三维测量方法，根据红色线激光像素在图像分布情况，计算出穴盘苗的高度值，其中，(RiiGi7Bi)为图像每个像素红绿蓝色彩分量值。
[0029]另一方面，本发明提供了一种穴盘苗检测方法，所述方法包括:
[0030]从待测穴盘苗的正上方采集没有激光照射时穴盘苗的无激光图像；
[0031]用线激光从待测穴盘苗的侧面照射穴盘苗的顶部；
[0032]从待测穴盘苗的正上方采集有激光照射时穴盘苗的有激光图像；
[0033]根据无激光图像计算出待测穴盘苗顶部的叶片的像素面积，并根据有激光图像计算出待测穴盘苗的高度值。
[0034]进一步地，所述根据无激光图像计算出待测穴盘苗顶部的叶片的像素面积，包括:将图像由RGB转化至YCbCr色彩空间，当各个像素的色彩特征满足条件I Cb-123 | < 5且|cr1-12l| < 5，则认为其为幼苗叶片像素，将其置为白色，否则为其他背景像素，将其置为黑色，分别统计各个相连的白色区域像素面积，其中，Cbi7Cri分别对应各像素蓝色色度和红色色度，i为像素编号。
[0035]进一步地，所述根据有激光图像计算出待测穴盘苗的高度值，包括:
[0036]当(Ri,Gi, Bi)满足条件 R-240 <150，G-20 < 50 且 B-20 < 50 时，则认为为红色线激光像素，置为白色，其他为背景像素，置为黑色，基于结构光的三维测量方法，根据红色线激光像素在图像分布情况，计算出穴盘苗的高度值，其中，(RiiGyBi)为图像每个像素红绿蓝色彩分量值。
[0037]通过本发明提供的一种穴盘苗检测系统和方法，从待测穴盘苗的正上方采集没有激光照射时穴盘苗的无激光图像和有从待测穴盘苗侧面照射穴盘苗的顶部的激光照射时穴盘苗的有激光图像，进而根据无激光图像计算出穴盘苗顶部的叶片的像素面积，根据有激光图像计算出待测穴盘苗的高度值。
【专利附图】
【附图说明】
[0038]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0039]图1是本发明一实施例提供的一种穴盘苗检测系统结构示意图；
[0040]图2是本发明一实施例提供的一种穴盘苗检测系统中的一种图像采集单元的结构示意图；
[0041]图中，2-1、摄像机；2-2、支架；2-3、穴盘苗；2_4、线激光源；2_5、传送带。
[0042]图3是本发明一实施例提供的一种穴盘苗检测系统中的一种线激光单元的结构示意图；
[0043]图中，3-1、线激光源固定架；3-2、第一光源固定件；3-3、第二光源固定件；3_4、线激光源。
[0044]图4是本发明一实施例提供的一种穴盘苗检测系统中的一种穴盘定位单元；
[0045]图中，4-1、支撑架；4-2、反射板；4-3、档杆；4_4、导向块；4_5、电磁铁；4_6、光电开关；4-7、传送带；4-8、穴盘苗。
[0046]图5是本发明一实施例提供的一种穴盘苗检测方法流程图。
【具体实施方式】
[0047]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0048]为了对穴盘苗进行检测，本发明实施例提供了一种穴盘苗检测系统，参见图1，该系统包括:图像采集单元101、线激光单元102、控制单元103和处理单元104。
[0049]图像采集单元101，用于从待测穴盘苗的正上方分别采集没有线激光单元激光照射时穴盘苗的无激光图像和有线激光单元激光照射时穴盘苗的有激光图像，并将无激光图像和有激光图像发送给处理单元104。
[0050]线激光单元102，用于从待测穴盘苗的侧面照射穴盘苗的顶部。
[0051]控制单元103，用于向图像采集单元发送图像采集控制信号控制图像采集单元采集图像并向激光单元发送激光照射控制信号控制线激光单元发射激光。
[0052]处理单元104，用于根据图像采集单元采集的无激光图像计算出待测穴盘苗顶部的叶片的像素面积，并根据图像采集单元采集的有激光图像计算出待测穴盘苗的高度值。
[0053]该系统还也括:传送单元105和穴盘定位单元106。
[0054]传送单元105，用于传送穴盘苗。
[0055]穴盘定位单元106，用于定位传送单元上待测穴盘苗，并向控制单元103发送定位完成信号。
[0056]控制单元103，还用于接收穴盘定位单元106发送的定位完成信号，并根据所述信号向图像采集单元101发送图像采集控制信号控制图像采集单元采集图像并向激光单元102发送激光照射控制信号控制线激光单元发射激光。
[0057]图像采集单元101也括:摄像机和第一文架。
[0058]摄像机固定在第一文架上，位于待测穴盘苗的正上方。
[0059]具体地，参见图2，图像采集单元101包括:摄像机2-1、支架2_2。
[0060]摄像机2-1固定在支架2-2上，位于待测穴盘苗的正上方。图中2-3为穴盘苗，2-4为线激光源，2-5为传送带。
[0061]其中，摄像机采用硬件触发模式对穴盘苗进行图像采集，每次只采集摄像机正下方一行穴盘苗的图像。
[0062]线激光单元102包括:线激光源、第二支架和光源固定件。
[0063]线激光源通过光源固定件固定在第二支架上。
[0064]其中，光源固定件，用于通过转动来调节线激光源角度。
[0065]线激光源优选红色线激光源。
[0066]具体地，参见图3，线激光单元102包括:线激光源固定架3-1、第一光源固定件
3-2、第二光源固定件3-3、线激光源3-4。
[0067]第一光源固定件3-2呈“T”型，与线激光源固定架3-1固定，第二光源固定件为开口圆环，通过螺钉与第一光源固定件连接。圆柱形线激光源穿过第二光源固定件，旋紧螺钉则第二光源固定件将线激光源夹紧固定，同时绕螺钉旋转第二光源固定件，可以调节线激光源的照射角度。
[0068]传送单元106也括传送带。
[0069]穴盘定位单元106包括:光电开关、反射板、档杆和电磁铁。
[0070]光电开关与反射板分别安装在传送带两侧，光电开关的光信号发射点的高度不高于穴盘，在传送带两侧分别安装两组电磁铁和档杆，电磁铁伸缩杆连接档杆；
[0071]其中，光电开关，用于发出光信号，当光电开关和反射板之间无遮挡，光电开关接收到反射回的光信号，输出脉冲信号给控制单元103，使控制单元103向电磁铁发送档杆伸缩控制信号；
[0072]电磁铁，用于根据控制单元103发来的档杆伸缩控制信号，驱动档杆伸出，插入穴盘穴孔间隙，将穴盘卡住定位。
[0073]具体地，参见图4，穴盘定位单元包括:支撑架4-1、反射板4-2、档杆4_3、导向块
4-4、电磁铁4-5、光电开关4-6。图中，4-7为传送带、4_8为穴盘苗。
[0074]在传送带4-8两侧的支撑架4-1上一侧固定有光电开关4-6，对称的另一侧固定反射板4-2，在与光电开关4-6相距单个穴孔行宽度距离处，在支撑架4-1上对称安装两组电磁铁4-5，电磁铁4-5伸缩杆端连接档杆4-3，档杆4-3穿过导向块4_4，导向块4_4正对电磁铁4-5固定于支撑架4-1里侧，穴盘苗4-8放置在传送带4-7上。
[0075]传送带由电机驱动旋转，对放置于其上方的穴盘苗4-8进行输送，使得摄像机和线光源可以逐行对穴盘苗进行图像采集。
[0076]其中，导向块用于对档杆伸缩运动进行约束和支撑。
[0077]反射板用于对光电开关发出的光信号进行反射，当光电开关和反射板之间无遮挡，则光电开光可以接收到反射回的光信号，可输出脉冲信号。反之二者之间有遮挡，则无脉冲信号输出。
[0078]当光电开关对着穴盘穴孔行时，光电开关被遮挡无信号输出；当光电开关正对穴孔行之间间隙时，由于其不受遮挡有脉冲信号输出，传送给控制单元，控制单元接收光电开关发送的脉冲信号，向电磁铁发送档杆伸缩控制信号，使电磁铁驱动档杆伸出，插入穴盘穴孔间隙，将穴盘卡住定位。
[0079]当光电开关输出脉冲信号，摄像机采集一幅图像。此外线激光源开启和关闭也受光电开关脉冲信号触发，调节线激光源安装角度，使其发出的光线条处于摄像机正对穴孔行中央。对同一行穴苗开启和关闭线激光，摄像机对其拍摄两幅图像。
[0080]另外，控制单元103，用于接收光电开关发送的脉冲信号，向电磁铁发送档杆伸缩控制信号，使电磁铁驱动档杆伸出，插入穴盘穴孔间隙，将穴盘卡住定位，向摄像机发送图像采集控制信号控制摄像机采集一副无激光图像，采集完成后向线激光源发送激光照射控制信号控制线激光源发射激光，再向摄像机发送图像采集控制信号控制摄像机采集一副有激光图像，采集完成后向线激光源发送激光照射控制信号控制线激光源停止发射激光，向电磁铁发送档杆伸缩控制信号是电磁铁控制驱动档杆缩回。
[0081]处理单元104，用于根据图像采集单元采集的无激光图像计算出待测穴盘苗顶部的叶片的像素面积，包括:将图像由RGB转化至YCbCr色彩空间，当各个像素的色彩特征满足条件|%-123| <5且|Cr「12l| < 5，则认为其为幼苗叶片像素，将其置为白色，否则为其他背景像素，将其置为黑色，分别统计各个相连的白色区域像素面积，其中，Cbi, Cri分别对应各像素蓝色色度和红色色度，i为像素编号。
[0082]分别统计各个相连的白色区域像素面积，其中，相连的白色区域像素面积可以作为穴盘苗叶片面积评价参数。
[0083]处理单元104，用于根据图像采集单元采集的有激光图像计算出待测穴盘苗的高度值，也括:当(RiiGi7Bi)满足条件 R-240 < 150，G「20 < 50 且 B-20 < 50 时，则认为为红色线激光像素，置为白色，其他为背景像素，置为黑色，基于结构光的三维测量方法，根据红色激光条在图像分布情况，计算出穴盘苗的高度值，其中，(RiiGi7Bi)为图像每个像素红绿蓝色彩分量值。
[0084]基于结构光的三维测量方法计算出穴盘苗的高度值，具体包括:设像素坐标(μ i；Vi)既处于叶片像素区域，同时也处于激光条像素区域，则可以通过处于叶片上的激光条在图像上的分布情况获得该苗叶片高度信息，以穴盘顶端平面为XY面，建立坐标系，设叶片上受线激光照射的一点坐标为(Xi, Yi, Zi),则Zi表示种苗高度。有以下关系
【权利要求】
1.一种穴盘苗检测系统，其特征在于，所述系统包括:图像采集单元、线激光单元、控制单元和处理单元； 所述图像采集单元，用于从待测穴盘苗的正上方分别采集没有线激光单元激光照射时穴盘苗的无激光图像和有线激光单元激光照射时穴盘苗的有激光图像，并将无激光图像和有激光图像发送给处理单元； 所述线激光单元，用于从待测穴盘苗的侧面照射穴盘苗的顶部； 所述控制单元，用于向图像采集单元发送图像采集控制信号控制图像采集单元采集图像，并向激光单元发送激光照射控制信号控制线激光单元发射激光； 所述处理单元，用于根据图像采集单元采集的无激光图像计算出待测穴盘苗顶部的叶片的像素面积，并根据图像采集单元采集的有激光图像计算出待测穴盘苗的高度值。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括:传送单元和穴盘定位单元； 所述传送单元，用于传送穴盘苗； 所述穴盘定位单元，用于定位传送单元上待测穴盘苗，并向所述控制单元发送定位完成信号； 所述控制单元，还用于接收穴盘定位单元发送的定位完成信号，并根据所述信号向图像采集单元发送图像采集控制信号控制图像采集单元采集图像并向激光单元发送激光照射控制信号控制线激光单元发射 激光。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述图像采集单元包括:摄像机和第一文架； 摄像机固定在第一文架上，位于待测穴盘苗的正上方。
4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述线激光单元包括:线激光源、第二支架和光源固定件； 线激光源通过光源固定件固定在第二支架上； 所述光源固定件，用于通过转动来调节线激光源角度。
5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于， 所述传送单元包括传送带； 所述穴盘定位单元包括:光电开关、反射板、档杆和电磁铁； 光电开关与反射板分别安装在传送带两侧，光电开关的光信号发射点的高度不高于穴盘； 在传送带两侧分别安装两组电磁铁和档杆，电磁铁伸缩杆连接档杆； 所述光电开关，用于发出光信号，当光电开关和反射板之间无遮挡时，光电开关接收到反射回的光信号，输出脉冲信号给控制单元，使控制单元向电磁铁发送档杆伸缩控制信号；所述电磁铁，用于根据控制单元发来的档杆伸缩控制信号，驱动档杆伸出，插入穴盘穴孔间隙，将穴盘卡住定位。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制单元用于接收光电开关发送的脉冲信号，向电磁铁发送档杆伸缩控制信号，使电磁铁驱动档杆伸出，插入穴盘穴孔间隙，将穴盘卡住定位，向摄像机发送图像采集控制信号控制摄像机采集一副无激光图像，采集完成后，向线激光源发送激光照射控制信号控制线激光源发射激光，再向摄像机发送图像采集控制信号控制摄像机采集一副有激光图像，采集完成后向线激光源发送激光照射控制信号控制线激光源停止发射激光，向电磁铁发送档杆伸缩控制信号是电磁铁控制驱动档杆缩回。
7.根据权利要求1、2、5或6中任一所述的系统，其特征在于，所述处理单元用于，根据图像采集单元采集的无激光图像计算出待测穴盘苗顶部的叶片的像素面积，包括:将图像由RGB转化至YCbCr色彩空间，当各个像素的色彩特征满足条件I Cb1-123 I <5且ICr1-Ul< 5，则认为其为幼苗叶片像素，将其置为白色，否则为其他背景像素，将其置为黑色，分别统计各个相连的白色区域像素面积，其中，Cbi, Cri分别对应各像素蓝色色度和红色色度，i为像素编号； 所述处理单元用于根据图像采集单元采集的有激光图像计算出待测穴盘苗的高度值，也括:当(Ri, Gi, Bi)满足条件R-240 < 150，G-20 < 50且B-20 < 50时，则认为为红色线激光像素，置为白色，其他为背景像素，置为黑色，基于结构光的三维测量方法，根据红色线激光像素在图像分布情况，计算出穴盘苗的高度值，其中，(RyGyBi)为图像每个像素红绿蓝色彩分量值。
8.一种穴盘苗检测方法，其特征在于，所述方法包括: 从待测穴盘苗的正上方采集没有激光照射时穴盘苗的无激光图像； 用线激光从待测穴盘苗的侧面照射穴盘苗的顶部； 从待测穴盘苗的正上方采集有激光照射时穴盘苗的有激光图像； 根据无激光图像计算出待测穴盘苗顶部的叶片的像素面积，并根据有激光图像计算出待测穴盘苗的高度值。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据无激光图像计算出待测穴盘苗顶部的叶片的像素面积，包括:将图像由RGB转化至YCbCr色彩空间，当各个像素的色彩特征满足条件|Cbi_123| <5且I Cr1-Ull < 5，则认为其为幼苗叶片像素，将其置为白色，否则为其他背景像素，将其置为黑色，分别统计各个相连的白色区域像素面积，其中，Cbi, Cri分别对应各像素蓝色色度和红色色度，i为像素编号。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述根据有激光图像计算出待测穴盘苗的高度值，也括: 当(Ri, Gi, Bi)满足条件 |民-240 <150，G「20 <50 且 |Β「2θ| <50 时，则认为为红色线激光像素，置为白色，其他为背景像素，置为黑色，基于结构光的三维测量方法，根据红色线激光像素在图像分布情况，计算出穴盘苗的高度值，其中，(RyGyBi)为图像每个像素红绿蓝色彩分量值。
【文档编号】G01B11/02GK103499313SQ201310446714
【公开日】2014年1月8日 申请日期:2013年9月26日 优先权日:2013年9月26日
【发明者】冯青春, 王秀, 马伟, 邹伟, 范鹏飞 申请人:北京农业信息技术研究中心