位置，且该列满足Τ〉200的第一个像素点为烟株顶端的烟花 位置;图像处理模块将烟花位置信息传输到烟株顶端位置定位模块。为防止出现重复检测， 当检测到烟花位置时，此时图像处理模块停止图像处理工作；
[0030] 4、烟株顶端位置定位模块接收到烟花位置信息后确定打顶装置移动距离;并将打 顶装置移动距离信息发送给单片机；
[0031] 单片机(4)接收到工业控制机(1)发送的打顶装置移动距离信息，单片机内的打顶 装置控制模块计算步进电机下降到指定距离需要的脉冲，向步进电机驱动器(5)发送脉冲 信息，驱动步进电机(6)控制打顶装置(7)上升，打顶装置达指定位置后进行打顶作业，当电 磁阀（9)位于到刚完成打顶的烟草上端位置时，抑芽剂喷洒控制模块向继电器(8)发出信 号，继电器(8)通电，控制电磁阀(9)完成延时喷洒抑芽剂的动作;打顶装置控制模块控制打 顶装置完成复位动作，步进电机反转，打顶装置靠自身重力下降到起始位置，同时单片机向 工业控制机发送信号，图像处理模块对图像进行处理，准备进行下一次打顶作业。
[0032] 在本实施案例中，利用单片机控制步进电机的正传和反转技术W及利用单片机控 制电磁阀的通电与断电技术为现有技术，故在此不再对程序进行寶述。
[0033] 实施例2
[0034] 选用R通道数值及WT>200作为判断存在烟花信息的验证依据。
[0035] 由于初花期烟花与烟叶在色彩上存在差异，并考虑到初花期时烟田的环境，故本 发明选取与烟叶颜色差异较小的绿色制作图像采集绿色背景板作为背景颜色。经多次试验 验证，在可见光源情况下，选取与潘通色卡TCX色卡上17-5430色号颜色一致的绿色印染布 制作背景板，本发明的创新点之一就是使用了该色号绿色制作背景板，使烟花、烟叶、背景 板的区别更加明显，提高了识别效果和检测效率。
[0036] 用Matlab软件对一张带有烟叶、烟花、背景板的图像进行处理，研究图像中烟草顶 端目标（即烟花）、烟叶与背景板的R、G、B^个色彩通道的数值分布特点，如图3、4、5所示， 对烟草图像的色彩数据进行统计，得到烟花区域、烟叶区域、背景板区域的RGB数值具体分 布范围如表1所示：
[0037] 表1数值分布
[0038] Tab.1 Test conditions
[0039]
[0040] 由表1看出，在R通道下，烟花与烟叶、背景板之间的差值明显，可W采用R数值对烟 草顶端位置检测进行判断；
[0041] 由于采集图像的像素为640*480,而本发明只需得到烟花顶端高度用于打顶，为提 高检测速度，只需选择对图像中间的第240列的640像素作为数据源进行处理即可，运样可 W降低处理的复杂程度，提高处理速度，有利于提高打顶的实时控制。
[0042] 为得到烟花目标区别于烟叶、背景板的数值，分别选取一列经过烟叶但不经过烟 花的像素点和一列经过烟花的像素点进行处理，分别对运两列像素点的R数值与背景板的R 数值求得梯度差值，分别根据公式（1)计算两列梯度差值T，将烟花位置梯度差值T的数值及 其余位置梯度差值T进行对比，得到烟花目标区别于烟叶、背景板的梯度差值。如表2所示： [00创 T=|Ri-R背atsl (1)
[0044] 其中，T为像素点R数值与背景板的R数值的梯度差，Ri为该列第i行的R数值，R背景板 为选取的背景板R数值平均值，晴SM=40;
[0045] 表2中像素位置A为不经过烟草顶部位置的一列像素点数据;像素位置B为经过烟 草顶部位置的一列像素点数据。R值为提取图像运一列像素点中RGB通道中R通道的数值;分 别根据公式(1)求得像素位置A和像素位置B对应的梯度差值T，见表2。
[0046] 表2图像梯度差数值
[0047]
[004引
[0049] 通过计算发现，在烟花附近位置，梯度差值最大，达到200W上，而烟叶附近的梯度 差在150W下，通过差值分析可W确定烟花顶端像素点的位置。为保证准确性，确定当梯度 差满足Τ〉200时，则认为检测到烟花信息，可将Τ〉200作为检测到烟花的依据。
[0050] W上所述及图中所示仅为本发明的优选实施方式。在不脱离本发明的精神和范围 的情况下做出的各种变化和变型、所有等同的技术方案也属于本发明的范畴。
【主权项】
1. 一种基于机器视觉的烟草打顶抑芽机检测控制系统，其特征在于包括烟株顶端位置 检测系统和打顶抑芽控制系统;所述烟株顶端位置检测系统具有图像采集，图像处理和烟 花顶端位置定位的功能;所述打顶抑芽控制系统主要用于执行工业控制机指令，控制打顶 装置移动和控制电磁阀的通电与断开； 所述烟株顶端位置检测系统包括图像采集模块、图像处理模块、烟株顶端位置定位模 块;所述图像处理模块和烟株顶端位置定位模块存储在工业控制机内；所述图像采集模块 由摄像头和背景板组成，用于采集图像信息;所述图像处理模块用于对图像采集模块得到 的图像信息进行分析处理，判断确定烟株顶端的烟花位置;若检测到烟花位置，将信息传送 给烟株顶端位置定位模块;所述烟株顶端位置定位模块对烟花信息进行定位，确定打顶装 置需要移动的距离； 打顶抑芽机前端两侧对称安装两个打顶装置，所述背景板沿烟垄方向竖直固定在两个 打顶装置中间，利用背景板消除采集图像信息中其他颜色对烟花识别造成的干扰;两个摄 像头对称固定在两个打顶装置外侧;摄像头通过USB接线连接工业控制机；田间作业时，每 个打顶装置对应一行烟垄;背景板位于两行烟垄正中间，每个摄像头位于对应一侧烟垄的 外侧，摄像头对准烟草植株，摄像头采集图像，并将采集到的图像传输到工业控制机上;所 述背景板选取与潘通色卡TCX色卡上17-5430色号颜色一致的绿色印染布制作； 所述图像处理模块确定烟花信息，检测到烟花信息后，图像处理模块将烟花位置信息 发送给烟株顶端位置定位模块； 所述烟株顶端位置定位模块确定打顶装置到烟花位置进行打顶的移动距离，并将打顶 装置移动信息发送给单片机； 所述打顶抑芽控制系统包括单片机、电源模块、步进电机、步进电机驱动器、继电器和 电磁阀；单片机接收到工业控制机发送的打顶装置移动距离，向步进电机驱动器发送脉冲 信号，驱动步进电机控制烟草打顶机的打顶装置移动到指定位置完成打顶作业；当电磁阀 随打顶抑芽机前行到位于刚完成打顶的烟花上端位置时，单片机向继电器发出信号，继电 器通电，控制电磁阀完成喷洒抑芽剂的动作;喷洒动作完成后，单片机向工业控制机发送信 号，图像处理模块开始对下一个图像的检测处理，以完成下一个喷洒抑芽剂的动作； 每个打顶装置安装一个打顶抑芽控制系统;所述单片机通过RS232串口通讯与工业控 制机相连，单片机内存储有打顶装置控制模块和抑芽剂喷洒控制模块，打顶装置控制模块 用于控制打顶装置的升降；抑芽剂喷洒控制模块用于控制电磁阀的通电与断开;作业时根 据打顶机行进速度确定抑芽剂喷洒量及延迟时间； 所述单片机、步进电机驱动器、步进电机、继电器、电源模块固定在烟草打顶抑芽机前 端两个打顶装置之间;所述步进电机驱动器一端连接单片机，另一端连接步进电机;步进电 机另一端连接打顶装置;所述继电器一端连接电磁阀，另一端连接单片机;所述电磁阀固定 在打顶装置后面，电磁阀通过管道连接烟草打顶抑芽机上的药箱，药箱内装有抑芽剂;所述 电源模块连接烟草打顶机上的电瓶，给单片机、步进电机驱动器、步进电机、电磁阀和继电 器供电。
【专利摘要】本实用新型提供了一种基于机器视觉的烟草打顶抑芽机检测控制系统；包括烟株顶端位置检测系统和打顶抑芽控制系统。所述烟株顶端位置检测系统包括图像采集模块、图像处理模块、烟株顶端位置定位模块；所述图像采集模块包括摄像头和背景板，用于采集图像信息；所述图像处理模块用于对图像采集模块得到的图像信息进行分析处理，将信息传送给烟株顶端位置定位模块；所述烟株顶端位置定位模块对烟花信息进行定位，确定打顶装置需要移动的距离。本实用新型能够快速实时监测烟顶高度，控制打顶装置完成精准打顶作业，降低烟草打顶劳动强度，提升烟草打顶效率，加快烟草作业的智能化进程。
【IPC分类】A01G7/06, G05B19/042, G01C11/00
【公开号】CN205334152
【申请号】CN201620066535
【发明人】刘双喜, 王金星, 李伟, 张晓辉, 范国强, 张菡, 刘志强, 范连祥
【申请人】山东农业大学
【公开日】2016年6月22日
【申请日】2016年1月24日