一种小麦穗数测量装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及农业设备技术领域，尤其涉及一种小麦穗数测量装置。本实用新型提供了一种小麦穗数测量装置，该测量装置包括可调节高度的支架及设于支架上的测量框架、热红外测量单元及图像处理单元，热红外测量单元与图像处理单元连接；热红外测量单元设于测量框架的上方，并使得测量框架位于热红外测量单元的视角范围内。通过热红外测量单元拍摄测量框架内的麦穗图像，并将其传输至图像处理单元，获得测量框架内的麦穗数量，进而换算出任意区域面积的麦穗总数。通过设置的热红外测量单元能将区分颜色相近的麦穗和叶片，提高了麦穗数量的测算效率及准确度；本申请中的装置能适用于不同气候环境，具有很好的稳定性和可靠性。
【专利说明】
一种小麦穗数测量装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及农业设备技术领域，尤其涉及一种小麦穗数测量装置，具体涉及一种能提高测量麦穗数量效率及正确率的小麦穗数测量装置。
【背景技术】
[0002]小麦穗数是指某一小麦种植区域内的麦穗个数，是小麦测产过程的重要参数之一。同时，小麦穗数为小麦新品种的优选提供重要依据，因此其也是育种专家必须测量的参数之一。
[0003]目前，有多种方式被用于小麦产量的测量，主要包括田间人工测量、电容测产、气候分析预测及年景预测等。但是，由于田间环境小麦生长密集、长势各异且数量巨大，育种专家手持一米长的直尺进入田间，测算不同育种小区独立行内一米长的范围所包含的小麦数量，进而估算小区内的麦穗总数，这种方式费时费力，且人工在田间环境数穗，计数结果与个人主观性及所选计数区域小麦的疏密有很大关系，不同人员对同一地块的测量结果偏差较大，很难获取准确数据。除此之外，育种小区数量巨大、待测量区域数量多且田间环境复杂，人工测量效率低。而电容测产、气候分析预测及年景预测方式存在主观影响大、成本高且不能做到局部小范围精确测算的效果。
[0004]随着育种信息化水平的不断提高，利用图像识别技术进行田间麦穗计数成为一种趋势。目前国内外已有研究学者将图像处理和视频监控技术应用与作物生长监控中，比如:通过摄像头基于可将光成像方式，提取麦穗的颜色、纹理特征，采用图像分析方式计算麦穗骨架数量及麦穗骨架有效交点的数量，进行麦穗数量计算;或通过数码相机拍摄所需测量麦穗照片，对所拍摄的麦穗照片采用图像处理方式，分析了基于颜色特征和基于图像纹理特征的麦穗分割方式，并采用麦穗骨架角点数量进行田间麦穗计数。但是，上述图像识别技术存在缺陷，采用摄像头或数码相机拍摄麦穗图像均属于可见光图像拍摄方式，若采用此方式进行大田麦穗计数的方式，由于麦穗颜色和叶片颜色相近，且可见光在室外图像获取过程易受光照因素影响，难以保证图像获取的稳定性，难以从根本上解决田间麦穗准确获取难题。除此之外，还需对所拍摄的麦穗图像进行一系列的图像特征提取，比如颜色、纹理及轮廓特征提取，之后还需对提取的技术特征进行细化，操作步骤多，也不利于麦穗数量的快速、准确获取。
【实用新型内容】
[0005](一)要解决的技术问题
[0006]本实用新型要解决的技术问题是解决现有的麦穗测量装置存在主观影响大、成本高、图像获取易受环境因素影响，图像分析步骤复杂，难以保证图像获取稳定性及不利于快速准确获取麦穗数量的问题。
[0007](二)技术方案
[0008]为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种小麦穗数测量装置，该小麦穗数测量装置包括可调节高度的支架及设于所述支架上的测量框架、热红外测量单元及图像处理单元，所述热红外测量单元与所述图像处理单元连接;所述热红外测量单元设于所述测量框架的上方，并使得所述测量框架位于所述热红外测量单元的视角范围内。
[0009]其中，所述测量框架包括4个对称于所述测量框架中心布置的L型拼接件，所述4个L型拼接件可拉伸式拼接在一起构成矩形框架。
[0010]其中，所述支架上设有竖直方向布置的滑轨，所述测量框架通过滑块沿着所述滑轨移动。
[0011 ]其中，所述图像处理单元包括图像采集子单元及图像分析子单元。
[0012]其中，所述热红外测量单元为热红外机芯。
[0013]其中，该小麦穗数测量装置还包括为所述热红外测量单元及图像处理单元提供电能的电源单元。
[0014]其中，所述热红外测量单元通过数据线与所述图像处理单元连接。
[0015](三)有益效果
[0016]本实用新型的上述技术方案具有如下优点:本实用新型提供了一种小麦穗数测量装置，该小麦穗数测量装置包括可调节高度的支架及设于支架上的测量框架、热红外测量单元及图像处理单元，热红外测量单元与图像处理单元连接;热红外测量单元设于测量框架的上方，并使得测量框架位于热红外测量单元的视角范围内。操作时，通过热红外测量单元拍摄测量框架内的麦穗图像，并将麦穗图像传输至图像处理单元，从而获得测量框架内的麦穗数量，进而换算出任意区域面积的麦穗总数，处理方法简单，处理时间短，有助于提高测量效率。因处于灌浆期小麦的麦穗与叶片呼吸蒸腾作用存在差异，通过设置的热红外测量单元能根据这种差异，在所获得的热红外图像中显著区分颜色相近的麦穗和叶片，提高了麦穗数量的测算准确度；同时，由于麦穗与叶片的呼吸蒸腾作用差异由小麦生理特性决定，不受环境因素影响，因此本申请中的小麦穗数测量装置能适用于不同气候环境，具有很好的稳定性和可靠性。
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型实施例一中一种小麦穗数测量装置的具体结构示意图；
[0018]图2是本实用新型实施例一中图像处理单元的处理过程流程图；
[0019]图3至图4是采用本实用新型实施例一中小麦穗数测量装置获取麦穗数量的试验结果处理过程图；
[0020]图5是采用本实用新型实施例一中小麦穗数测量装置获取麦穗数量的试验结果图。
[0021 ]图中:1:热红外成像机芯;2:平板电脑;3:支架;4:测量框架。
【具体实施方式】
[0022]为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
[0023]实施例一
[0024]如图1所示，本实用新型实施例提供了一种小麦穗数测量装置，该小麦穗数测量装置包括可调节高度的支架3及设于支架3上的测量框架4、热红外测量单元及图像处理单元，热红外测量单元与图像处理单元连接;热红外测量单元设于测量框架4的上方，并使得测量框架4位于热红外测量单元的视角范围内。在本实施例中，热红外测量单元固定于支架3的顶部，支架3用于固定热红外成像机芯1、平板电脑2以及测量框架4，可通过调节支架3的高度来相应调节测量框架4距离地面的高度，为保证测试精度，实际使用过程调节测量框架4至小麦冠层处;待调节完测量框架4的高度后，通过调节支架3的高度来相应调节热红外测量单元距离测量框架4的高度，来使得测量框架4位于热红外测量单元的视角范围内，以便能将测量框架4内的所有麦穗照全，提高麦穗数量测试值的精确度。
[0025]特别的，支架3可通过多种方式来实现可调节高度，比如:支架3可通过小管套设于大管内的方式来组装，其中，小管可沿着大管的轴线方向滑动并通过锁定机构固定;或者支架由多根竖直方向布置且相邻管子间采用螺纹连接的管子构成，通过旋进或旋出，来调节相邻管子的相对距离，由此来实现支架在高度方向上的调整。本申请中的可调节高度的支架可采用上述方式来实现，但不仅局限于上述方式。
[0026]具体地，操作时，通过热红外测量单元拍摄测量框架4内的麦穗图像，并将麦穗图像传输至图像处理单元，从而获得测量框架4内的麦穗数量，进而换算出任意区域面积的麦穗总数，处理时间短，有助于提高测量效率。因处于灌浆期小麦的麦穗与叶片呼吸蒸腾作用存在差异，通过设置的热红外测量单元能区分颜色相近的麦穗和叶片，提高了麦穗数量的测算准确度；同时，由于麦穗与叶片的差异由小麦生理特性决定，不受环境因素影响，因此本申请中的小麦穗数测量装置能适用于不同气候环境，具有很好的稳定性和可靠性。
[0027]具体地，测量框架4包括4个对称于测量框架4中心布置的L型拼接件，4个L型拼接件可拉伸式拼接在一起构成矩形框架。可根据实际需要，将测量框架4设置成所需规格大小，无需制作多规格的测量框架4，简单方便，且有利于节约成本投入。其中，可拉伸式拼接可通过多种方式实现，比如:相邻布置的L型拼接件间可设有弹性连接件，将测量框架4拉伸至所需测量规格，并通过撑杆固定;在每个L型拼接件上设有滑轨，相邻布置的L型拼接件通过连接板沿着滑轨移动，并通过销轴或螺栓固定。
[0028]特别的，本申请中的小麦穗数测量装置中的测量框架4为黑色方形框架，且测量框架4可拉伸至不同规格尺寸，同时支架3的高度可调，实际使用过程调节测量框架4至小麦冠层处，测量框架4用于确定待小麦穗数待测区域，便于进行育种小区或整个地块的小麦穗数测量，也能满足多种不同区域面积的小麦穗数测量要求。
[0029]值得说明的是，对测量框架4在竖直方向上的高度调节可以通过滑块及滑轨的运动方式，但不仅局限于此连接方式，也可以通过电机及滚珠丝杆副的方式。
[0030]具体地，图像处理单元包括图像采集子单元及图像分析子单元。当热红外测量单元拍摄测量框架4内的麦穗图像，并将麦穗图像传输至图像采集子单元，并通过图像分析子单元对麦穗图像进行分析，以获取测量框架4内的麦穗数量。其中，图像处理单元可以为单片机，也可以为微型计算机，在本实施例中，图像处理单元为平板电脑2。
[0031]优选地，热红外测量单元为热红外机芯I。热红外机芯I质轻、可靠性强，测量精度高，且属于低功耗的热红外测试装置，能有效支持长周期的麦穗测量作业。在本实施例中，采用热红外成像机芯I获取小麦的冠层热红外图像，所采用热红外机芯I温度分辨率为0.050C，获取的热红外图像分辨率为384X 288。
[0032]具体地，采用热红外成像方式对处于灌浆期的小麦进行成像，因灌浆期小麦的麦穗与叶片呼吸蒸腾作用存在差异，该差异在热红外图像区别显著。并且由于该差异由小麦生理特性决定，不受环境光照因素影响，因此本测量装置适用于不同气候环境，具有优秀的稳定性和可靠性。
[0033]进一步地，该小麦穗数测量装置还包括为热红外测量单元及图像处理单元提供电能的电源单元。其中，电源单元可为外部交流电源，也可为充电电池，在本实施例中，热红外机芯I和平板电脑2均通过充电电池进行供电，使用方便，可保证本申请中的小麦穗数测量装置能在田间环境正常、有效地工作。具体地，热红外机芯I和平板电脑2均可通过12V可充电电池供电。
[0034I具体地，热红外测量单元通过数据线与图像处理单元连接。在本实施例中，热红外成像机芯I采用USB接口与平板电脑2相连，平板电脑2通过USB接口获取麦穗的热红外图像信息;本实用新型还提供了一种小麦穗数测量装置的使用方法，包括如下操作步骤:
[0035]S1、将支架置于需进行小麦穗数测量的待测区域旁，并分别把测量框架、热红外测量单元及图像处理单元固定在支架上；同时，将测量框架拉伸至所需规格大小，如50cmX50cm;为获得最优的麦穗测试数据，具体地，首先调节测量框架4的高度至小麦冠层，处于测量框架4内部的麦穗为测算对象，随后通过调整支架3的高度调节热红外机芯I距离测量框架4的高度，以确保测量框架4处于热红外机芯I的视角范围内；
[0036I S2、将热红外测量单元与图像处理单元连接，并启动热红外测量单元及图像处理单元，为开始测量做好准备工作;在本实施例中，热红外成像机芯I采用USB接口与平板电脑2相连，平板电脑2通过USB接口获取麦穗的热红外图像信息；
[0037]S3、通过热红外测量单元获取测量框架内的麦穗图像并将其传输至图像处理单元;具体地，通过热红外机芯I拍摄测量框架4内的麦穗图像，并传输至图像采集子单元中；在本实施例中，通过热红外机芯I所获取的麦穗图像经存储后为灰度图像，如图3所示；
[0038]S4、通过图像处理单元分析步骤S3中的麦穗图像，以获取测量框架内的麦穗数量；具体地，通过图像分析子单元分析步骤S3中的麦穗图像并计算麦穗数量，以获取测量框架4范围内的麦穗数量。
[0039]具体地，根据所获取的热红外图像进行田间小麦穗数计量主要包括以下步骤，具体如图2所示:
[0040]Stl、获取田间麦穗热红外图像；
[0041]St2、根据热红外图像中麦穗与叶片及背景的灰度值差异，通过灰度拉伸变换对步骤Stl中获取的麦穗热红外图像进行图像增强，具体如图4所示;具体地，灰度拉伸值设为O与255之间，可大大增强麦穗与背景(除了麦穗之外的所有画面，包括叶片及麦杆)之间的对比度;若麦穗及叶片的灰度主要分布于a至b之间，若将其灰度拉伸到O到255之间，则原图中灰度值为P的像素点经过拉伸后的灰度值P0 = 255X (P-a)/(b_a);
[0042]St3、阈值变换后小面积去除干扰信息，提取麦穗图像;对增强后的步骤St2中的图片进行阈值变换，并对阈值变换后的图像进行小面积去除干扰信息，获取麦穗图像，具体如图5所示；
[0043]St4、提取步骤St3中获取的麦穗图像，并对其各区域分别进行分析，根据区域凹凸性结合区域面积，进行麦穗数量计算；具体地，结合各区域的凹凸性指标(Convex)和面积(Area)，进行麦穗数计算;其中，区域的凹凸性指标(Convex)的定义为该区域的面积与该区域最小外接矩形的面积比值，Convex值越小，表明该区域形状不规则，可判别为2个或更多个麦穗粘连在一起所形成。
[0044]根据各区域的凹凸性Convex和面积Area，小麦总穗数N的计算方法为:
[0045]如果Convex>0.7且Area彡I.5Α，此区域麦穗数量计为NI ；
[0046]如果Convex>0.7且Area>l.5Α，此区域麦穗数量计为Ν2;
[0047]如果Convex〈 = 0.7且Area彡2.5A，此区域麦穗数量计为N3 ；
[0048]如果Convex〈 = 0.7且2.5A〈Area彡3.5A，此区域麦穗数量计为N4 ；
[0049]如果Convex〈 = 0.7且Area>3.5A，此区域麦穗数量计为N5 ；
[0050]小麦总穗数Ν=Ν1+2 X N2+2 X N3+3 X N4+4 X N5 ；
[0051 ]式中，A为单个麦穗的平均面积。
[0052]具体地，在步骤S2中，热红外测量单元通过数据线与图像处理单元连接，也可通过无线连接或其它信号连接方式。
[0053]实施例二
[0054]进一步地，支架3上设有竖直方向布置的滑轨，测量框架4通过滑块沿着滑轨移动，以实现测量框架4能沿着支架3的竖直方向进行高度调节。优选地，为达到较好的拍摄效果，将测量框架4设于待测区域内小麦冠层处。其中，竖直方向指的是垂直于地面的方向。其中，滑块可与电机连接，通过电机驱动，使得滑块在滑轨上移动；当然，在本实施例中，也不仅局限于仅采用电机的驱动形式。
[0055]由此，在本实施例中，测量框架4可通过其与支架的可滑动连接来实现高度调节，自动化程度高，进而有助于提高测试精确度。特别的，在本实施例中，也可将支架的高度调节和测量框架4与支架的可滑动连接结合起来一起将测量框架4调节至小麦冠层处，进一步节约调整时间，提高测试效率。其它技术方案与实施例一中的技术方案相同，为避免赘述，在这不做额外的阐述。
[0056]综上所述，本实用新型提供了一种小麦穗数测量装置，该小麦穗数测量装置包括可调节高度的支架及设于支架上的测量框架、热红外测量单元及图像处理单元，热红外测量单元与图像处理单元连接;热红外测量单元设于测量框架的上方，并使得测量框架位于热红外测量单元的视角范围内。操作时，通过热红外测量单元拍摄测量框架内的麦穗图像，并将麦穗图像传输至图像处理单元，从而获得测量框架内的麦穗数量，进而换算出任意区域面积的麦穗总数，处理时间短，有助于提高测量效率。因处于灌浆期小麦的麦穗与叶片呼吸蒸腾作用存在差异，通过设置的热红外测量单元能将区分颜色相近的麦穗和叶片，提高了麦穗数量的测算准确度；同时，由于麦穗与叶片的差异由小麦生理特性决定，不受环境光照因素影响，因此本申请中的小麦穗数测量装置能适用于不同气候环境，具有很好的稳定性和可靠性。
[0057]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，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实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种小麦穗数测量装置，其特征在于:包括可调节高度的支架及设于所述支架上的测量框架、热红外测量单元及图像处理单元，所述热红外测量单元与所述图像处理单元连接;所述热红外测量单元设于所述测量框架的上方，并使得所述测量框架位于所述热红外测量单元的视角范围内。2.根据权利要求1所述的小麦穗数测量装置，其特征在于:所述测量框架包括4个对称于所述测量框架中心布置的L型拼接件，所述4个L型拼接件可拉伸式拼接在一起构成矩形框架。3.根据权利要求1或2所述的小麦穗数测量装置，其特征在于:所述支架上设有竖直方向布置的滑轨，所述测量框架通过滑块沿着所述滑轨移动。4.根据权利要求1所述的小麦穗数测量装置，其特征在于:所述图像处理单元包括图像采集子单元及图像分析子单元。5.根据权利要求1所述的小麦穗数测量装置，其特征在于:所述热红外测量单元为热红外机芯。6.根据权利要求1所述的小麦穗数测量装置，其特征在于:还包括为所述热红外测量单元及图像处理单元提供电能的电源单元。7.根据权利要求1所述的小麦穗数测量装置，其特征在于:所述热红外测量单元通过数据线与所述图像处理单元连接。
【文档编号】G06T5/00GK205607838SQ201620408568
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年5月6日
【发明人】宋鹏, 张晗, 王成, 潘大宇, 罗斌, 赵勇
【申请人】北京农业信息技术研究中心