一种全自动嫁接机的嫁接苗接缝识别装置及接缝识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及农业领域，特别涉及一种全自动嫁接机的嫁接苗接缝识别装置及接缝 识别方法。
【背景技术】
[0002] 随着科学技术的发展，蔬菜生产自动化及智能化水平不断提高，智能农业机器人 应用越来越多，它对于提高资源利用率和农业产出率，提高经济效益，实现设施农业的规模 化、机械化和自动化具有重要意义，是今后发展的主要趋势。当今的嫁接机是使嫁接速度大 幅度提升的机械设备，它采用不同的嫁接方法，把需要嫁接的植株的砧木、穗木快速连为一 体，大大提高了生产率和嫁接质量，被称为嫁接育苗技术的一场革命（李中秋，2007)。
[0003] 80年代，嫁接技术就被世界各国普遍应用在作物的栽培之中。国内外普遍使用农 药来保证嫁接作物生长的质量和产量。因为人工采用嫁接的方法十分费工费时，所以一些 地区就放弃了嫁接栽培，而是采取大量喷洒农药来预防病虫害。这样，不但浪费资源，而且 还造成了环境污染，破坏了人类居住的生活环境。同时人工来嫁接的最重要的问题是嫁接 效率比较低、而且劳动强度大、人工嫁接苗木的成活率比较低，人工嫁接已经不能适应我国 现代农业发展的要求。采用自动嫁接机器人进行嫁接作业，不仅可以提高作业速度，同时可 以提高嫁接作业质量，增加嫁接苗的愈合成活率，适合批量工厂化嫁接育苗生产。目前，我 国蔬菜、瓜果的生产和设施农业技术的发展已经具备了大力发展自动嫁接机器人技术的基 础和条件，因此，发展自动化嫁接技术，有利于高新技术迅速转化为生产力，推动我国农业 现代化的跨越式发展。在我国，发展嫁接机械化和自动化技术势在必行。目前，国内外已研 制成功由机械系统、控制系统、动力系统和视觉系统等部分组成的嫁接机器人，但是他们仍 不能完全满足人们对嫁接的技术要求。
[0004] 辽宁已成为我国北方重要的设施农业生产基地，设施农业的面积正逐年增长，到 2012年底已突破1100万亩，日光温室规模突破800万亩，位居全国首位。全省以设施蔬菜为 主的蔬菜总产量达到4013万吨，其中设施蔬菜产量达到2998万吨，占蔬菜总产量的75%。 因此在辽宁地区研制全自动嫁接机具有重要的实际意义。
[0005] 嫁接机的生产率同其自动化程度有关，全自动嫁接机生产率高，半自动嫁接机生 产率低。嫁接机的嫁接成功率全自动略高于半自动，因为机械作业的准确性要好于人工作 业；但是，自动化程度越高，嫁接机的嫁接成功率同嫁接用苗的标准化程度的关系就越密 切，即只有在提供的嫁接用砧木和接穗的几何尺寸达到标准、均一的条件下，嫁接机才可保 证有较高的嫁接成功率。因此机器视觉对全自动嫁接机实现作业起着尤为重要的作用。目 前国内外已研制成功的蔬菜半自动嫁接机器人仍需人工检查接缝质量，而接缝质量好坏直 接影响嫁接成活率和蔬菜产量。由于人眼观察存在一定的主观性，在判断嫁接苗质量优劣 的过程中，就会存在误差，因而降低嫁接的成功率。研究蔬菜嫁接机嫁接苗接缝视觉识别系 统，可以有效地改善因人眼误差而产生的错误识别。此外，还可以大大地提高作业效率和嫁 接成活率。
[0006] 1986年日本农林水产省生物系特定产业技术研究推进机构协同相关公司在世界 上率先开始研究嫁接机，经过3代试验样机的探索，1993年开始先后开发出多种类型的嫁 接机器人。其中，包括日本井关农机公司研制的R800B/T型半自动式嫁接机，生产能力为 800株/小时，适用于嫁接瓜类和茄果类蔬菜；洋马农机公司研制的AG1000型全自动式和 600T型半自动式嫁接机，前者生产能力为1000株/小时，适用于茄科，后者为600株/小 时，用于瓜类嫁接；TGR研究所研制的整列式全自动嫁接机，采用粘接剂替代嫁接夹来固定 砧木和接穗，生产能力为1000株/小时。
[0007] 20世纪90年代初，韩国也开发出半自动式机械嫁接机，最高生产率可达310株/ 小时，该机体积小、价格低，采用靠接法。由于价格低，在韩国、日本和中国都有很大的销量。
[0008] 1998年，中国农业大学研制出2JSZ-600型自动化蔬菜嫁接机器人，该机使用贴接 式方法嫁接，实现了砧木和接穗的送苗、切削、上嫁接夹等自动化作业，自动化程度较高，适 用于瓜类蔬菜嫁接，生产能力达到600株/小时。
[0009]目前，日本开发出的嫁接机器人，自动化程度高，价格也较高，一般在35万元~ 200万元人民币之间，非一般农户和中小型育苗中心所能承受。韩国开发的嫁接机器人由于 结构简单，体积小，仅3000元人民币左右，但是，该嫁接机器主要采用靠接式嫁接法，嫁接 作业程序较繁杂，只适合小规模育苗。
[0010] 国内半自动化蔬菜嫁接机器人的研究已部分商业化，但是嫁接机器人并不能完全 实现生产自动化，仍然需要人工对嫁接后的接缝进行质量检测，从而影响了全自动嫁接机 器人的研制与开发。由于个人的主观性和技术熟练程度的不同，会影响嫁接质量和嫁接效 率，从而影响嫁接成活率。因此，在嫁接之后，需要对嫁接苗进行接缝质量的自动识别与检 测。本发明通过对蔬菜嫁接机器人嫁接幼苗接缝进行自动识别、检测技术的研究，为装配机 器视觉系统的全自动嫁接机器人的研制与开发成功提供理论基础和技术支持，因此针对蔬 菜全自动嫁接机的需求，研制开发出一种蔬菜全自动嫁接机嫁接苗视觉识别与检测装置及 算法，实现蔬菜高效嫁接。
[0011] 光源在机器视觉系统中起着至关重要的作用，它不仅是简单地照亮物体，更多的 是突出拍摄目标中所需要的信息特征。在背景环境中突出特征目标，需要很强的对比度。对 比度越大，目标特征就越明显。增强对比度最佳的方式就是调整光源。在采用了合适的光 源和照明方案后，大大降低了图像分析难度，使算法更加简便，同时提高作业效率。因此，光 源的选择与照明方案的设计在图像采集的过程中起着至关重要的作用。
【发明内容】
[0012] 本发明的目的是，提供一种全自动嫁接机的嫁接苗接缝识别装置及接缝识别方 法，设计合理，成本较低，使用性能可靠，智能化水平高，能轻松识别出和检测出蔬菜嫁接苗 的接缝，依据标准判断出嫁接苗的优劣，并通过系统装置完成执行动作。
[0013] 采用的技术方案是：
[0014] 一种全自动嫁接机的嫁接苗接缝识别装置，包括工业相机、照明器、图像采集卡、 计算机、传送机构和育苗钵，工业相机通过数据传输线与图像采集卡连接，照明器通过电线 与计算机连接，图像采集卡通过数据传输线与计算机连接，工业相机、照明器、图像采集卡 和计算机构成机器视觉系统，所述的传送机构，包括传动带、第一传动轮、第二传动轮、电机 和机架，第一传动轮和第二传动轮的轮轴均通过轴承装配在支机架上，传送带缠设在第一 传动轮和第二传动轮上，电机固定在机架上，且电机的输出轴通过减速机与第一传动轮的 轮轴连接，使电机能够带动第一传动轮旋转，进而带动传送带运动，其特征在于：所述的照 明器，包括排列形成一环状平面结构的多个绿色的LED灯和灯座，多个LED灯固定在灯座 上，照明器通过螺钉固定在传送带一端的支架上；所述的育苗钵放置在传送带上，传送带的 另一端固定有电子湿度计和电子温度计，在特定的温度和湿度下，嫁接植物的生物状态最 适合采集图样信息，提高照片质量，进而提高识别的准确率；所述的照明器设置在传送带一 端的支架上，照明器的环形LED灯组外边缘所在平面垂直于水平面，光源选取绿