一种水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置及方法

专利名称：一种水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置及方法
技术领域：
本发明涉及农作物检测识别技术，具体地，涉及一种水稻种子质量检测、品种识别 和分级的装置及方法。
背景技术：
近年来，出现了一门新型的智能技术，即计算机视觉(Computer vision)技术。计 算机视觉技术可以利用一个具有人眼功能的图像传感器，获取物体图像，并将图像转换成 一个与视觉有关的任务。该技术涉及人工智能、神经生物学、心理物理学、计算机科学、图像 处理和模式识别等学术领域，广泛应用于工业、农业、医学、军事、遥感、科研和生活等工程 领域，能够实现巨大的经济和社会效益。其中，在农业工程领域，计算机视觉技术可以包括四个方面物料特性及动植物生 长过程的监测与评价，农产品的检测，农业自动化中的计算机视觉与视觉机器人，以及农业 资源的调节与评估；农产品的计算机视觉检测技术包括分级、检验和分类。农产品的计算机 视觉分级技术包括根据预设的规则判断种子的优次不同等级，例如，根据水稻种子的粒形 和垩白度等参数，可以将水稻种子分为不同等级。农产品的计算机视觉检验技术包括根据 预设的标准做出“符合与不符合”的判断，例如，对农产品的损伤、裂纹和病虫害等状态进行 检测。农产品的计算机视觉分类技术包括根据预设的类别描述做出“是或不是”的判断， 例如，判别谷物中混杂的异种粮和杂质种类等。另外，计算机视觉技术在农业工程领域的应 用，并不是工业领域经验的简单套用；因为，就研究对象而言，工业产品具有稳定的外部和 内部特性，计算机视觉的应用比较容易实现，而农业产品是生物体，会受到温度、湿度和饱 满度等诸多因素的制约，不能在同一流程中完成对种子的分级、检验和分类。在我国，水稻产量占粮食总产量的45%，尤其自1973年我国率先成功实现杂交配 套以来，杂交水稻的迅速发展对我国粮食的增产贡献巨大；并且，随着我国人口持续增长， 耕地面积不断缩小，水稻产量是农业发展的重点。但是，由于缺乏有效的种子精选设备，杂 交种子中往往混入其它品种种子和杂质，而且不易清除，加之水稻种子经济价值高，需要花 费大量的人力和物力对水稻种子进行筛选和除杂，但无法对水稻种子质量进行大批量的无 损检验和分级，从而使得水稻种子的质量指标较低。另一方面，由于水稻种子在制种成熟期 台风活动频繁，台风阴雨天气容易增加水稻种子裂颖、穗发芽、霉变和带菌率；还有，在水稻 收割和加工过程中难免混入其它品种种子和不易清除的杂质，严重影响水稻种子的质量， 从而降低实际种用价值。在现有技术中，为了克服上述缺陷，通过水稻种子鉴定、幼苗鉴定、以及田间小区 种植鉴定，进行水稻种子的品种识别。其中，水稻种子鉴定方法包括形态鉴定和生化分析， 即，将水稻种子的各种染色体依靠放大镜和双目显微镜等，人工进行鉴定水稻种子的形态； 但是，由于采用人工方式鉴定，不可能太精细，只能进行粗略判断，且人为误差较大。实际 上，通过人工方式鉴定，每年的鉴定量也非常有限，大量水稻种子的品种鉴定主要还依靠幼 苗鉴定和田间小区种植品种鉴定，而幼苗鉴定和田间小区种植鉴定一般须经过一个较长的生长周期，鉴定速度往往无法满足水稻种子的流通需要。另外，水稻种子的净度指标也停留 在靠人工感官进行识别判断和简单统计，效率较低，且准确性差。可见，我国现行的水稻种子质量检验和品种识别方法难以适应批量商用水稻种子 的质量监控。此外，国内在利用计算机视觉技术进行农作物检测技术中，大多仍停留在静 态算法的研究上，不能够实现水稻种子的快速、无损、以及高精度的质量动态监测和品种识 别。综上所述，在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下缺陷(1)成本高水稻种子的质量检测和品种识别均需要花费大量的人力和物力，耗 费的人力成本和物力成本较大；(2)效率低由于人工劳动效率的局限性和人工劳动量的局限性，且幼苗鉴定和 田间小区种植鉴定的周期较长，在大量水稻种子的质量检测和品种识别中，供种量有限，步 骤较繁琐，使得效率较低；(3)精度低由于人的视觉区分能力难免存在不一致性，且不及机器精准，在大量 水稻种子的质量检测和品种识别中，对水稻种子的质量检测和品种识别的精准性差；(4)批量供种难度大由于水稻种子的质量检测和品种识别均离不开人工劳动， 且人工劳动量较大，在大批量水稻种子的质量检测和品种识别中，难以满足供种需求。

发明内容
本发明的目的是针对现有技术中成本高、效率低、精度低和批量供种难度大的缺 陷，提出一种水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置及方法，以实现成本低、效率高、精 度高和批量供种容易的优点。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种水稻种子质量检测、品种识别和 分级的装置，所述装置包括水稻种子下料及输送设备，用于采集、分析和处理图像的计算机 视觉识别与及处理装置，以及水稻种子自动分选设备；所述水稻种子下料及输送设备，计算 机视觉识别与及处理装置，以及水稻种子自动分选设备通过线路顺序设置。进一步地，所述水稻种子下料及输送设备包括支撑架，以及设在所述支撑架上的 传动机构和下料机构；所述传动机构包括第一被动滚轮、第二被动滚轮、输送皮带、电机、和 用于安装所述电机的电机安装底座，设在所述电机的转轴上的主动滚轮，以及经过所述第 一被动滚轮和所述第二被动滚轮，设在所述下料机构与所述电机之间的输送皮带；所述下 料机构包括下料箱，与所述下料箱配合设置、且位于所述输送皮带上表面的流量控制挡板， 以及用于将来自所述下料箱的水稻种子刷入和/或压入所述输送皮带的刷入或压入组件。进一步地，所述支撑架包括水平平行设置的第一支撑层、第二支撑层和第三支撑 层，所述下料箱和所述第一被动滚轮设在所述第一支撑层上，所述第二被动滚轮设在所述 第二支撑层上，所述支撑板设在所述第一支撑层和所述第二支撑层之间。进一步地，所述刷入或压入组件包括支撑板，设在所述支撑板上的滚刷轴、镇压轮 和步进电动机，设在所述镇压轮和所述步进电动机之间的第一传动带，所述第一传动带竖 直设置；以及设在所述滚刷轴与所述步进电动机之间的第二传动带，所述第二传动带向下 倾斜设置。进一步地，在所述输送皮带的上表面设有多个长方形孔穴，在所述输送皮带的下表面粘有透气丝网，在所述输送皮带的边缘粘有白色色标。进一步地，所述计算机视觉识别及处理设备包括安装在所述支撑架上、并位于所 述输送皮带的上方的光照箱，位于所述输送皮带同侧边缘的上方、且相隔一定距离的第一 光纤传感器和第二光纤传感器，以及用于分析和处理图像、并根据分析和处理图像的结果 发送控制信号的计算机；在所述光照箱内设有摄像头，与所述计算机配合设有PCI图像采 集卡和PCI-8408光隔离开关量输入输出接口卡，所述摄像头、所述PCI采集卡、所述计算 机、所述PCI-8408光隔离开关量输入输出接口卡和所述电机通过线路顺次串接。进一步地，所述计算机视觉识别及处理设备还包括继电器和变频器，所述继电器 和所述变频器通过线路串接在所述PCI-8408光隔离开关量输入输出接口卡和所述电机之 间；所述PCI-8408光隔离开关量输入输出接口卡外接直流电源，其开关量的输入输出通道 各为16路，所述16路输入输出通道采用两组分别共地方式，工作时外接30伏直流电源；其 中，一路输入通道用于将所述第二光纤传感器监测到的水稻种子位置信息传输至所述计算 机；所述计算机输出的控制信号，利用所述开关量的七路输出通道，其中六路输出通道与所 述输送皮带上六排水稻种子的图像分析和处理结果响对应，另一路输出通道与所述电机启 动/停止的控制信号相对应。进一步地，在所述光照箱内设有两个摄像头高度调节螺栓、以及与所述两个摄像 头高度调节螺栓配合设置的两个调节螺母，所述摄像头设在所述两个摄像头高度调节螺栓 之间的连接杆上；在所述光照箱内，靠近所述连接杆对称地设有两排LED光源，每排LED光 源包括16只LED。进一步地，所述水稻种子自动分选设备包括平行设在所述第一支撑层和所述第二 支撑层之间的水嘴支撑架和电磁阀安装架；在所述水嘴支撑架上，均勻垂直设有六个吹气 水嘴；在所述电磁阀安装架上，均勻垂直设有与所述六个吹气水嘴对应的六个电磁阀；在 所述六个吹气水嘴和所述六个电磁阀之间，对应设有六个导管。进一步地，所述水稻种子自动分选设备还包括设在所述第三支撑架上的空气压缩 机，所述空气压缩机与所述六个电磁阀连接；以及用于响应所述控制信号的分级执行设备， 所述分级执行设备靠近所述第二光纤传感器设置、并与所述六个电磁阀连接；以及用于接 收所述输送皮带传送的水稻种子的收集箱，所述水稻种子与所述输送皮带对应设置。为实现上述目的，本发明采用的另一技术方案是一种水稻种子质量检测、品种识 别和分级的方法，使用以上所述的水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置，包括如下步 骤(1)将待检测的水稻种子放入下料箱，控制流量，使所述水稻种子均勻掉落到输送皮带 上；(2)采集输送皮带上水稻种子的位置信息和图像信息，并将所述位置信息和图像信息 传输至图像分析和处理模块；(3)所述图像分析和处理模块，对所述位置信息和图像信息 进行分析和处理，得到控制信号，并传输至水稻种子自动分选设备；(4)水稻种子自动分选 设备收到所述控制信号时，根据预先设定的分选原则，对水稻种子进行分类，并输送至对应 的收集箱。进一步地，在步骤(1)中，当所述水稻种子均勻掉落到输送皮带上后，进一步包 括使用滚刷轴和/或镇压轮，将所述水稻种子挤入输送皮带上表面的多个长方形孔穴中， 使水稻种子随输送皮带进入图像采集区域。进一步地，在步骤(2)中，所述水稻种子的图像信息包括水稻种子的形状、大小、
7颜色、表皮缺陷、霉变、发芽和损伤信息。进一步地，在步骤(2)中，所述图像分析和处理模块嵌入在所述计算机中，所述位 置信息和图像信息经PCI图像采集卡传输至所述计算机。进一步地，在步骤(3)中，所述控制信号经PCI-8408光隔离开关量输入输出接口 卡，传输至所述水稻种子自动分选设备。在上述本发明水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置及方法中，水稻种子下 料及输送设备中，下料箱内的水稻种子在流量控制挡板的控制下不断掉落到倾斜的输送皮 带上，在滚刷轴和镇压轮的作用下水稻种子被挤入输送皮带上表面的多个长方形孔穴中， 并随输送皮带进入光照箱内；安装在光照箱内的摄像头可以准确、有效地获取被检测对象 的图像信息，并从中提取外观质量特征的信息，通过计算机视觉识别及处理设备，可以同时 完成水稻种子的形状、大小、颜色、表皮缺陷、霉变、发芽和损伤等全部外观质量指标的检 测，综合判断每个水稻种子的所属种类和质量等级，并确定每个水稻种子的位置信息，由计 算机视觉识别及处理设备中的PCI-8408光隔离开关量输入输出接口卡，将控制信号传输 给水稻种子自动分选设备，由水稻种子自动分选设备根据设定的品种识别标准和质量标 准，完成水稻种子的分选。本发明各实施例的水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置及方法，包括水稻 种子下料及输送设备、计算机视觉识别及处理设备和水稻种子自动分选设备，可以通过水 稻种子下料及输送设备下放和传送水稻种子；计算机视觉识别及处理设备对传送过程中水 稻种子的形状、大小、颜色、表皮缺陷、霉变、发芽和损伤等全部外观质量指标的检测，综合 判断每个水稻种子的所属种类和质量等级，并确定每个水稻种子的位置信息；水稻种子自 动分选设备可以根据设定的品种识别标准和质量标准，完成水稻种子的分选；从而可以克 服现有技术中成本高、效率低、精度低和批量供种难度大的缺陷，以实现成本低、效率高、精 度高和批量供种容易的优点。本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变 得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明 书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。


下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实 施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中图1为根据本发明水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置的总体结构示意 图；图2为根据本发明水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置中下料机构的结构 示意图；图3为根据本发明水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置中光照设备的结构 示意图；图4为根据本发明水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置中分级输出设备的 结构示意图5为根据本发明水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置中分级吹气设备的 装配示意图；图6为根据本发明水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置中输送皮带的结构 示意图；图7为根据本发明水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置中传动机构的结构 示意图；图8为根据本发明水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置的工作原理示意 图。结合附图，本发明实施例中附图标记如下1-支撑架；2-下料机构；3-输送皮带；4-第一光纤传感器；5-光照箱；6_摄像 头；7-PCI图像采集卡；8-计算机；9-PCI-8408光隔离开关量输入输出接口卡；10-继电器； 11-变频器；12-第一电磁阀；13-分级执行设备；14-电机；15-电机安装底座；16-空气压 缩机；17-流量控制挡板；18-下料箱；19-滚刷轴；20-支撑板；21-镇压轮；22-第一被动滚 轮；23-第一传动带；24-步进电动机；25-第二传动带；26-第二被动滚轮；27-光照箱门； 28-第一调节螺母；29-第一摄像头高度调节螺栓；30-LED光源；31-水嘴支撑架；32-第一 吹气水嘴；33-第一导管；34-色标；35-主动滚轮；36-电磁阀安装架；37-第二光纤传感
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具体实施例方式以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实 施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。装置实施例在本实施例中，如图1-图8所示，水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置包括 水稻种子下料及输送设备，计算机视觉识别及处理设备，以及水稻种子自动分选设备；水稻 种子下料及输送设备，用于采集、分析和处理图像的计算机视觉识别及处理设备，以及水稻 种子自动分选设备通过线路连接。水稻种子下料及输送设备进一步包括支撑架1、下料机构2、传动滚轮、输送皮带 3、电机14、电机安装底座15、流量控制挡板17、下料箱18、滚刷轴19、支撑板20、镇压轮21、 第一传动带23、第二传动带25、步进电动机24、第一被动滚轮22、第二被动滚轮26和主动 滚轮35，其中，下料机构2、传动滚轮和电机14设在支撑架1上，输送皮带3经传动滚轮、设 在下料机构与电机14之间，电机安装底座15固定连接在支撑架1上，电机14安装在电机 安装底座15上。进一步的，传动滚轮包括主动滚轮35、第一被动滚轮22和第二被动滚轮26，主动 滚轮35设在电机14的转轴上，输送皮带3位于第一被动滚轮22和第二被动滚轮26之间 的部分向右上方上倾斜设置；下料机构2位于第一被动滚轮22和第二被动滚轮26之间、且 靠近第二被动滚轮26设置，下料机构2具体包括下料箱18、流量控制挡板17、以及刷入或 压入组件，流量控制挡板17平行设在输送皮带3上，下料箱18为倒锥形、锥底为出料口，下 料箱18的出料口位于流量控制挡板17上；刷入或压入组件包括支撑板20，固定连接在支 撑板20上的步进电机24、滚刷轴19和镇压轮21，其中，在镇压轮21与步进电动机24之间设有第一传动带23，第一传动带23竖直设置；在滚刷轴19与步进电动机24之间设有第二 传动带25，第二传动带25向右下方倾斜设置。这里，第一被动滚轮22、第二被动滚轮26、输 送皮带3、电机14和电机安装底座15构成传动机构。其中，支撑架1包括三个水平平行设置的支撑层和相应的支撑柱，三个支撑层由 上到下依次为第一支撑层、第二支撑层和第三支撑层，下料箱18和第一被动滚轮22设在第 一支撑层上，第二被动滚轮26设在第二支撑层上，支撑板20设在第一支撑层和第二支撑层 之间。具体的，在下料箱18里装入待检测分选的水稻种子样品，在流量控制挡板17的控 制下，以合适的流量落到倾斜安装的输送皮带3上；输送皮带3在电机14动力的带动下，绕 安装在支撑架1上的第一被动滚轮22、第二被动滚轮26和主动滚轮35传动，将水稻种子勻 速传送到计算机视觉识别及处理设备中光照箱5内摄像头6的视场及分选出口。这里，输 送皮带3具有特制结构，即在输送皮带3的上表面设有多个长方形孔穴；同时，在输送皮带 3的下表面粘有透气丝网，该透气丝网用于兜住落入输送皮带3上表面的长方形孔穴的水 稻种子样品；并且，在输送皮带3的边缘粘贴有白色的色标34，输送皮带3采用黑色表面， 使色标34的白颜色与输送皮带表面的黑颜色交替出现，第一光纤传感器4在图1中的位置 ①处，第二光纤传感器37在图1中的位置②处，可以感测到颜色变化，并将感测到的颜色变 化信息经线路输出到计算机8，水稻种子随着输送皮带3向上运动时，由滚刷轴19将水稻种 子刷进输送皮带3上表面的多个长方形孔穴中，其余的水稻种子向下运动，最后被流量控 制挡板17挡住而不至于掉落到地面上，在输送皮带的不断传动中，可以再次被滚刷轴19刷 进输送皮带3上表面的多个长方形孔穴中，其中，不能被刷进输送皮带3上表面的多个长方 形孔穴中的水稻种子，可以由镇压轮21完全压入输送皮带3上表面的多个长方形孔穴，滚 刷轴19与镇压轮21同时由步进电动机24通过输送皮带3提供动力。计算机视觉识别及处理设备进一步包括光照箱5、摄像头6、PCI图像采集卡7、计 算机8、PCI-8408光隔离开关量输入输出接口卡9、第一光纤传感器4、第二光纤传感器37、 32只LED光源和电源，光照箱5安装在支撑架1上、并位于输送皮带3的上方；摄像头6设 在光照箱5中，摄像头6的镜头与水稻种子所在的输送皮带3所处平面的高度，可以通过 对称地安装在光照箱5内的两个摄像头高度调节螺栓、以及与两个摄像头高度调节螺栓配 合设置的两个调节螺母，摄像头6安装在两个摄像头高度调节螺栓之间的连接杆上，可以 根据实际拍摄效果的需求进行调整，如第一摄像头高度调节螺栓29和第一调节螺母28 ；另 外，为了得到效果良好的水稻种子动态图像，在光照箱5内可以对称地安装两排LED光源， 共32只，如第一 LED光源30。第一光纤传感器4和第二光纤传感器37位于输送皮带3同侧边缘的上方、且相隔 一定距离，并且，第一光纤传感器4与摄像头6通过线路连接，PCI-8408光隔离开关量输入 输出接口卡9可以设在计算机8内，第二光纤传感器37与PCI-8408光隔离开关量输入输 出接口卡9连接。这里，摄像头6、PCI采集卡7、计算机8、PCI_8408光隔离开关量输入输出接口卡9 和电机14通过线路顺次串接，第一光纤传感器4可以根据输送皮带3的色标34与输送皮 带3的本体之间交替出现的白颜色和黑颜色触发摄像头6，摄像头6拍摄得到水稻种子的动 态图像，该动态图像经PCI图像采集卡7进入计算机8内，第二光纤传感器37将检测到的水稻种子的位置信息传送至安装在计算机8内的PCI-8408光隔离开关量输入输出接口卡 9。进一步的，计算机视觉识别及处理设备还包括通过线路串接在PCI-8408光隔离 开关量输入输出接口卡9和电机14之间的继电器10和变频器11。具体的，第一光纤传感器4和第二光纤传感器37通过线路，分别与光照箱5内的 摄像头6、以及与计算机8配合设置的PCI-8408光隔离开关量输入输出接口卡9连接，可以 提供每排水稻种子的位置信息；摄像头6通过线路、与同计算机8配合设置的PCI采集卡7 连接，PCI采集卡7受第一光纤传感器4提供的水稻种子的位置信息的触发，采集动态水稻 种子的图像。这里，在计算机8内，安装有适合动态图像快速处理的图像分析和处理软件， PCI-8408光隔离开关量输入输出接口卡9可以安装在位于计算机8内部的PCI插槽中，通 过PCI-8408光隔离开关量输入输出接口卡9输出的信号控制水稻种子自动分选设备中相 应的分级执行设备能动作，将水稻种子送入水稻种子自动分选设备中相应的收集箱内。水稻种子自动分选设备进一步包括六个吹气水嘴、水嘴支撑架31、六个电磁阀、电 磁阀安装架36、空气压缩机16、分级执行设备13和收集箱，水嘴支撑架31为“八”型，设 在支撑架1的第一支撑层和第二支撑层之间，六个吹气水嘴均勻垂直设在水嘴支撑架31 上，在六个吹气水嘴靠近支撑架1的一端，对应地设有六个导管，如设在第一吹气水嘴32端 部的第一导管33 ；电磁阀安装架36与水嘴支撑架31平行设置在支撑架1的第一支撑层和 第二支撑层之间，在电磁阀安装架36上，设有与六个导管对应的六个电磁阀，每个电磁阀 与每个导管远离相应吹气水嘴的一端连接，如第一电磁阀12与第一导管33远离第一吹气 水嘴32的一端连接；空气压缩机16位于支撑架1的第三支撑层上，分级执行设备13靠近 第二光纤传感器37设置，空气压缩机16、第一电磁阀12和分级执行设备13通过线路连接。具体的，计算机8中图像分析和处理软件可以对采集到的图像进行分析和处理， 得到图像分析和处理结果，并将该结果输送PCI-8408光隔离开关量输入输出接口卡9，该 接口卡将六路控制信号分别传输至对应的六排水稻种子的六个电磁阀，六个电磁阀可以根 据对应的控制信号，控制空气压缩机16的通断，空气压缩机16用于提供设定压强的压缩空 气，以便将水稻种子从输送皮带3上表面的长方形孔穴中吹出；从六个电磁阀输出的气流 经六个导管、进入安装在水嘴支撑架31上对应的六个吹气水嘴，六个吹气水嘴朝上对准吹 离的水稻种子的底部，透过输送皮带3下表面的透气丝网，可以容易地将水稻种子吹离输 送皮带3，使水稻种子进入收集箱；不需要被吹离的水稻种子随输送皮带3 —起传动，直到 传动至与电机14相连接的主动滚轮35处时，水稻种子在自身重力作用下会掉入第二收集 箱，从而实现水稻种子的分类或分级。在上述实施例中，水稻种子下料及输送设备中，下料箱18内的水稻种子在流量控 制挡板17的控制下不断掉落到倾斜的输送皮带3上，在滚刷轴19和镇压轮21的作用下水 稻种子被挤入输送皮带3上表面的多个长方形孔穴中，并随输送皮带3进入光照箱5内；安 装在光照箱5内的摄像头6可以准确、有效地获取被检测对象的图像信息，并从中提取外观 质量特征的信息，通过计算机视觉识别及处理设备，可以同时完成水稻种子的形状、大小、 颜色、表皮缺陷、霉变、发芽和损伤等全部外观质量指标的检测，综合判断每个水稻种子的 所属种类和质量等级，并确定每个水稻种子的位置信息，由计算机视觉识别及处理设备中 的PCI-8408光隔离开关量输入输出接口卡9，将控制信号传输给水稻种子自动分选设备，由水稻种子自动分选设备根据设定的品种识别标准和质量标准，完成水稻种子的分选。本实施例中所有动作执行的指令都可以通过安装在计算机8内的图像分析和处 理软件进行控制，计算机8与外部各执行机构之间的信息交换可以通过安装在计算机8内 PCI插槽中的PCI-8408光隔离开关量输入输出接口卡9来实现，该接口卡需要外接直流电 源，其开关量的输入输出通道各为16路。具体的，可以外接30伏直流电源，通过电源输入端 接入，第二光纤传感器37在图1中的位置②处，检测到水稻种子的位置信息，并将该位置信 息通过一路输入通道传输至计算机8。计算机8输出的控制信号，利用七路输出通道，其中 六路输出通道与对输送皮带3上六排水稻种子的处理结果信息相对应，该处理结果信息可 以控制六个电磁阀的通断，从而起到控制气源的通断，以实现水稻种子分选的效果；另一路 输出通道与电机14启动/停止的控制信号相对应，用于实现控制该水稻种子质量检测、品 种识别和分级的装置的启动和停止，其中电机的调速和正反转控制可以通过变频器11来 实现。方法实施例在本实施例中，提供了一种水稻种子质量检测、品种识别和分级的方法，使用装置 实施例中水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置，进行水稻种子的质量检测、品种识别 和分级处理，包括如下步骤(1)将待检测的水稻种子放入下料箱，控制流量，使所述水稻 种子均勻掉落到输送皮带上；(2)采集输送皮带上水稻种子的位置信息和图像信息，并将 所述位置信息和图像信息传输至图像分析和处理模块；(3)所述图像分析和处理模块，对 所述位置信息和图像信息进行分析和处理，得到控制信号，并传输至水稻种子自动分选设 备；(4)水稻种子自动分选设备收到所述控制信号时，根据预先设定的分选原则，对水稻种 子进行分类，并输送至对应的收集箱。具体地，在步骤(1)中，当所述水稻种子均勻掉落到输送皮带上后，进一步包括 使用滚刷轴和/或镇压轮，将所述水稻种子挤入输送皮带上表面的多个长方形孔穴中，使 水稻种子随输送皮带进入图像采集区域。在步骤(2)中，所述水稻种子的图像信息包括水稻种子的形状、大小、颜色、表皮 缺陷、霉变、发芽和损伤信息。在步骤(2)中，所述图像分析和处理模块嵌入在所述计算机中，所述位置信息和 图像信息经PCI图像采集卡传输至所述计算机。在步骤(3)中，所述控制信号经PCI-8408光隔离开关量输入输出接口卡，传输至 所述水稻种子自动分选设备。上述装置实施例和方法实施例，提供了一种水稻种子质量检测、品种识别和分级 的装置及方法，可以实现自动上料，并分成六列输送，将水稻种子以合适的位置和姿态呈现 在计算机视觉系统的视场内，使计算机视觉识别系统能准确、有效地获取被检测对象的外 观特征信息，如对水稻种子的形状、大小、颜色、表皮缺陷、霉变、发芽和损伤等外观质量指 标进行检测，实现水稻种子的实时检测、品种识别与分选。综上所述，本发明各实施例的水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置及方法， 针对现有的水稻种子质量检测和品种识别方法在实际检测识别应用时存在的成本相对较 高，步骤较繁琐，检测周期过长以及无法实现动态批量检测等不足而提出；在本发明各实 施例中，利用计算机视觉技术、图像处理技术以及机电一体化技术的成果，设计出的一种水
12稻种子质量动态检测分级和品种识别方法及装置，通过计算机视觉识别系统的识别，能同 时完成水稻种子的形状、大小、颜色，表皮缺陷、霉变、发芽和损伤等全部外观质量指标的检 测，综合判断每一稻种的品种与质量等级，并确定其位置信息，由计算机视觉识别系统的控 制模块将指令传输给自动分选设备，控制水稻种子在对应的分级口自动落入稻种收集箱 中，它能快速有效地实现对种子检测生产线上的动态水稻种子的实时检测和分级，即实现 自动、批量、高速地进行品种识别与外观质量检测；从而可以克服现有技术中成本高、效率 低、精度低和批量供种难度大的缺陷，以实现成本低、效率高、精度高和批量供种容易的优 点ο 最后应说明的是以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明， 尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
权利要求
一种水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置，其特征在于，包括水稻种子下料及输送设备，用于采集、分析和处理图像的计算机视觉识别及处理设备，以及水稻种子自动分选设备；所述水稻种子下料及输送设备、计算机视觉识别及处理设备、以及水稻种子自动分选设备通过线路顺序设置。
2.根据权利要求1所述的水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置，其特征在于，所 述水稻种子下料及输送设备包括支撑架，以及设在所述支撑架上的传动机构和下料机构；所述传动机构包括第一被动滚轮、第二被动滚轮、输送皮带、电机、和用于安装所述电 机的电机安装底座，设在所述电机的转轴上的主动滚轮，以及经过所述第一被动滚轮和所 述第二被动滚轮，设在所述下料机构与所述电机之间的输送皮带；所述下料机构包括下料箱，与所述下料箱配合设置、且位于所述输送皮带上表面的流 量控制挡板，以及用于将来自所述下料箱的水稻种子刷入和/或压入所述输送皮带的刷入 或压入组件。
3.根据权利要求2所述的水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置，其特征在于，所 述支撑架包括水平平行设置的第一支撑层、第二支撑层和第三支撑层，所述下料箱和所述 第一被动滚轮设在所述第一支撑层上，所述第二被动滚轮设在所述第二支撑层上，所述支 撑板设在所述第一支撑层和所述第二支撑层之间。
4.根据权利要求2或3所述的水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置，其特征在 于，所述刷入或压入组件包括支撑板，设在所述支撑板上的滚刷轴、镇压轮和步进电动机， 设在所述镇压轮和所述步进电动机之间的第一传动带，所述第一传动带竖直设置；以及设 在所述滚刷轴与所述步进电动机之间的第二传动带，所述第二传动带向下倾斜设置。
5.根据权利要求4所述的水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置，其特征在于，在 所述输送皮带的上表面设有多个长方形孔穴，在所述输送皮带的下表面粘有透气丝网，在 所述输送皮带的边缘粘有白色色标。
6.根据权利要求5所述的水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置，其特征在于， 所述计算机视觉识别及处理设备包括安装在所述支撑架上、并位于所述输送皮带的上方的 光照箱，位于所述输送皮带同侧边缘的上方、且相隔一定距离的第一光纤传感器和第二光 纤传感器，以及用于分析和处理图像、并根据分析和处理图像的结果发送控制信号的计算 机；在所述光照箱内设有摄像头，与所述计算机配合设有PCI图像采集卡和PCI-8408光隔 离开关量输入输出接口卡，所述摄像头、所述PCI采集卡、所述计算机、所述PCI-8408光隔 离开关量输入输出接口卡和所述电机通过线路顺次串接。
7.根据权利要求6所述的水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置，其特征在于，所 述计算机视觉识别及处理设备还包括继电器和变频器，所述继电器和所述变频器通过线路 串接在所述PCI-8408光隔离开关量输入输出接口卡和所述电机之间；所述PCI-8408光隔离开关量输入输出接口卡外接直流电源，其开关量的输入输出通 道各为16路，所述16路输入输出通道采用两组分别共地方式，工作时外接30伏直流电源； 其中，一路输入通道用于将所述第二光纤传感器监测到的水稻种子位置信息传输至所述计 算机；所述计算机输出的控制信号，利用所述开关量的七路输出通道，其中六路输出通道与 所述输送皮带上六排水稻种子的图像分析和处理结果响对应，另一路输出通道与所述电机 启动/停止的控制信号相对应。
8.根据权利要求6所述的水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置，其特征在于，在 所述光照箱内设有两个摄像头高度调节螺栓、以及与所述两个摄像头高度调节螺栓配合设 置的两个调节螺母，所述摄像头设在所述两个摄像头高度调节螺栓之间的连接杆上；在所述光照箱内，靠近所述连接杆对称地设有两排LED光源，每排LED光源包括16只LED。
9.根据权利要求8所述的水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置，其特征在于，所 述水稻种子自动分选设备包括平行设在所述第一支撑层和所述第二支撑层之间的水嘴支 撑架和电磁阀安装架；在所述水嘴支撑架上，均勻垂直设有六个吹气水嘴；在所述电磁阀安装架上，均勻垂直 设有与所述六个吹气水嘴对应的六个电磁阀；在所述六个吹气水嘴和所述六个电磁阀之间，对应设有六个导管。
10.根据权利要求9所述的水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置，其特征在于， 所述水稻种子自动分选设备还包括设在所述第三支撑架上的空气压缩机，所述空气压缩机 与所述六个电磁阀连接；以及用于响应所述控制信号的分级执行设备，所述分级执行设备靠近所述第二光纤传 感器设置、并与所述六个电磁阀连接；以及用于接收所述输送皮带传送的水稻种子的收集箱，所述水稻种子与所述输送皮带 对应设置。
11.一种水稻种子质量检测、品种识别和分级的方法，其特征在于，使用如权利要求1 所述的水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置，包括如下步骤(1)将待检测的水稻种子放入下料箱，控制流量，使所述水稻种子均勻掉落到输送皮带上；(2)采集输送皮带上水稻种子的位置信息和图像信息，并将所述位置信息和图像信息 传输至图像分析和处理模块；(3)所述图像分析和处理模块，对所述位置信息和图像信息进行分析和处理，得到控制 信号，并传输至水稻种子自动分选设备；(4)水稻种子自动分选设备收到所述控制信号时，根据预先设定的分选原则，对水稻种 子进行分类，并输送至对应的收集箱。
12.根据权利要求11所述的水稻种子质量检测、品种识别和分级的方法，其特征在于， 在步骤(1)中，当所述水稻种子均勻掉落到输送皮带上后，进一步包括使用滚刷轴和/或镇压轮，将所述水稻种子挤入输送皮带上表面的多个长方形孔穴 中，使水稻种子随输送皮带进入图像采集区域。
13.根据权利要求11所述的水稻种子质量检测、品种识别和分级的方法，其特征在于， 在步骤(2)中，所述水稻种子的图像信息包括水稻种子的形状、大小、颜色、表皮缺陷、霉 变、发芽和损伤信息。
14.根据权利要求11所述的水稻种子质量检测、品种识别和分级的方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述图像分析和处理模块嵌入在所述计算机中，所述位置信息和图像信息 经PCI图像采集卡传输至所述计算机。
15.根据权利要求11所述的水稻种子质量检测、品种识别和分级的方法，其特征在于， 在步骤(3)中，所述控制信号经PCI-8408光隔离开关量输入输出接口卡，传输至所述水稻 种子自动分选设备。
全文摘要
本发明公开了一种水稻种子质量检测、品种识别和分级的装置及方法，其中，该装置包括水稻种子下料及输送设备，用于采集、分析和处理图像的计算机视觉识别及处理设备，以及水稻种子自动分选设备，所述水稻种子下料及输送设备、计算机视觉识别及处理设备、以及水稻种子自动分选设备通过线路顺序设置。本发明所述装置及方法，可以克服现有技术中成本高、效率低、精度低和批量供种难度大的缺陷，以实现成本低、效率高、精度高和批量供种容易的优点。
文档编号B65G47/16GK101929961SQ20091014822
公开日2010年12月29日 申请日期2009年6月18日 优先权日2009年6月18日
发明者刘燕德 申请人:华东交通大学