一种联合收割机谷粒流量的测量系统及方法与流程

本发明涉及一种联合收割机谷粒流量的测量系统及方法，属于测量系统和测量方法技术领域。

背景技术：

联合收割机收割谷物时，实时产量是精细农业中需要获取的最重要信息之一，它可以直接反应土壤、农药、虫害等对产量的影响。由此生产者可以根据这些信息，对农田进行科学调控，从而达到节约成本、提高产量、减少污染的目的。获取谷物区域产量信息，建立产量空间分布图是实施精细农业的起点，因此产量的实时精确的测量便成为了关键。现阶段测产方法多种多样，主要分如下几类：称重法、冲量法、γ射线法、体积法；国外许多公司及科研机构已经推出了很多实验与应用装置，他们的研究主要集中于谷物流量传感器技术，及产量图误差分析的研究。其中代表性的有：arslan等以johndeere4420联合收割机为主体，设计了一种联合收割机测产系统试验装置，主要包括：喂入绞龙、升运器、入粮箱等。schrock等对冲量式传感器进行的试验，证明流量与冲击力之间成较强的非线性关系。由英国诺福克郡克莱顿先生设计的基于容积式的计量装置克拉斯产量仪。

国内起步较晚，多以流量传感器为核心，目前主要是一些大学和科研院所在引进国外技术的基础上进行研制，其中代表的有：周俊等设计额的一种平行梁结构冲量式谷物流量传感器，并对传感器进行了阻尼设计，其方法是采用高分子阻尼材料裹住悬臂梁进行减震。江苏大学的马朝兴提出采用激光传感器进行厚度测量，再根据谷物容重和传输速度来测量流量，但易受水稻厚度影响。张小超等人设计了称重式传感器，取得了较好的效果，但对收割机改动过大，且极易受收割机振动影响。现有的这些测产方法，称重，体积，冲量这三种方法易受外界环境因素影响，且对收割机等设备改动过大，无法十分有效的反应实时的谷物产量信息；而γ射线法精度虽然高，但具有放射性，对谷物本身有一定影响。因此各相关科研机构，一方面对原有算法与结构进行改进提高精度，另一方面也在寻求新的方法来测量实时产量。随着科技的发展计算机技术和数字图像处理技术的提髙，物体三维表面轮廓检测和重建技术成为研究的热门方向，且被广泛应用于在线实时检测、逆向工程、质量控制、物流分拣、医疗诊断、计算机视觉等领域。由于结构光法对物体可以进行非接触测量，对被测材料的要求条件少，并且随着各类新型元器件的使用，如半导体激光发生器(laserdiode)、电荷耦合器件(charge-coupleddevice)、cmos图像传感器、位置敏感器件(positionsensitivedetector)的应用，使得这种非接触测量方式在农业测产上成为可能。为了满足我国联合收割机传输谷物流量测量实时、连续、精准的需求，需要研究一种基于结构光视觉的联合收割机谷粒流量的测量系统及方法。

技术实现要素：

本发明专利的目的在于提供一种利用结构光视觉，对谷粒流体积测量的方法，该方法开辟了一条新的测产技术路线，为测产提供了一条新思路。

为解决上述问题，本发明所采取的技术方案如下：

一种联合收割机谷粒流量的测量系统，包括：测量机架、微机系统、电源、升运器、挡帘、激光器、工业相机、绞龙及滑槽，所述微机系统、激光器、工业相机均是由电源供电，所述工业相机与所述微机系统呈电连接，所述绞龙运输谷物，所述滑槽提供谷粒流量测量的谷粒流动测量通道；

所述工业相机与所述激光器按激光三角法装配于测量机架上，所述激光器垂直照射于所述滑槽，且激光器照射位置在靠近测量机架的出料口一侧；所述当升运器输送谷粒时、工业相机开启拍摄照片实时上传至微机系统进行处理。

作为上述技术方案的改进，所述联合收割机谷粒流量的测量方法如下：

步骤一、基于激光三角法将工业相机、激光器装配于测量机架上；

步骤二、对联合收割机谷粒流量测量系统中工业相机进行标定，选定滑槽空置时的横向激光线为基准线；

步骤三、用升运器运送谷粒撞击到挡帘上掉落至滑槽上，目的是让谷粒在滑槽上稳定的运动，防止谷粒直接排放到滑槽上时会发生谷粒弹跳，以及谷粒体积不实影响测量结果；

步骤四、激光照射位置体积求取路线：由于激光照射位置固定，谷粒流动时，工业相机实时对激光线进行拍照，用不规则面积求法，求取图片中激光线与选定基准线围成的图形面积si；同时根据纵向激光线照在谷粒上产生的光斑，用模板匹配法求出相邻两张照片谷粒位移长度li，以工业相机拍照的帧差时间t，求出谷粒位移的速度vi，或利用滚轮测速装置测取谷粒流动速度vi，并实时在微机系统显示；通过以上已知参数可求得谷粒流实时流量v瞬＝si×v，总体积

本发明与现有技术相比较，本发明的实施效果如下：

本方案采用的是结构光法对物体可以进行非接触测量，对被测材料的要求条件少，且配合各种新型元器件的应用，使得这种非接触测量方式很好应用在农业测产上，实现了联合收割机传输谷物流量测量实时、连续、精准的需求。

此外，本方案首次将激光三角法应用于螺旋输送物件上，为螺旋输送物件上的测量开辟了一个新的思路与方法。

附图说明

图1为本发明所述联合收割机谷粒流量测量系统装置示意图。

具体实施方式

下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。

如图1所示：为本发明所述联合收割机谷粒流量的测量系统示意图。

实施例：一种联合收割机谷粒流量的测量系统，包括：测量机架7、微机系统、电源、升运器1、挡帘2、激光器3、工业相机4、绞龙5及滑槽6，微机系统、激光器3、工业相机4是由电源供电，工业相机4与微机系统呈电连接，绞龙5运输谷物，滑槽6提供谷粒流量测量的谷粒流动测量通道；工业相机4与所述激光器3按激光三角法装配于测量机架7上，激光器3垂直照射于滑槽6，且激光器3照射位置在靠近测量机架7的出料口一侧；当升运器1输送谷粒时、工业相机4开启拍摄照片实时上传至微机系统进行处理。

槽输送谷粒体积测量方法原理是：应用激光三角法对滑槽6输送谷粒的体积进行实时的测量，激光器3固定在测量机架7上，垂直照射在滑槽6上的位置不变，谷物通过升运器1撞击在挡帘2上沿着滑槽6向下滑动，这样激光照射于谷粒上形成的激光线会因谷粒的流动而产生形状变化，在工业相机4内会呈现出这样的谷物轮廓轨迹，谷粒流的体积是基于公式v＝si×vi×t，截面积si求取是在微机系统中利用结构光视觉计算横向曲线与基准线围成的不规则面积，速度vi的求取第一种方法是通过结构光的方法，求出工业相机4拍摄的相邻两张照片中谷粒流在纵向激光线上的位移l，通过工业相机4的拍照帧差时间t，计算出谷粒流的速度vi(v＝l/t)；第二种方法是通过机械的方法，利用谷粒流滑动时带动滑槽6壁上滚轮测速器测取谷粒流的速度，这样微机系统可实时的计算出，谷粒流的速度、谷粒的实时流量以及谷粒的总体积。

所述联合收割机谷粒流量的测量方法如下：

一、首先对工业相机4进行标定，选取激光线中横向线在滑槽6空置状态下的激光线为基准线；运用激光三角法，通过工业相机4拍摄谷粒运动时，激光器3射出横向和纵向两条激光线在谷粒流表面形成的线激光形态变化的图像信息，对图片进行实时的处理，建立图片信息与谷粒流体积之间关系；

谷物输送时，通过工业相机4获取的照射在谷粒表面的横向激光线变化图片，处理图片获取曲线与线激光基准线之间围成的面积si；同时工业相机4获取的照射在谷物表面的纵向激光线变化图片，利用工业相机4拍摄的相邻两张图片中谷粒流在相机帧差时间t内位移li，从而可得出谷粒流运动的速度vi，进而获得谷粒流的瞬时流量v瞬，总体积v。

所述工业相机4和激光器3安装在靠近出料口一侧的测量机架7上，线激光垂直照射滑槽6内。

二、所述v的计算方法：通过工业相机4获取的照射在谷物表面的横向激光线变化图片，处理图片获取曲线与基准线之间围成的面积s为谷粒流动时的截面积。

三、工业相机4获取的照射在谷物表面的纵向激光线变化图片，利用工业相机4拍摄的相邻两张图片中谷粒在相机帧差时间t内位移li计算出谷粒流动速度vi，所述谷粒流运动的速度vi＝li/t，或利用滚轮测速装置，谷粒流动时带动滚轮转动测出谷粒流动速度。

以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明，不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明保护的范围。