一种固体籽粒自动分拣系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种固体籽粒自动分拣系统，包括：籽粒排队装置：用于有序传送固体籽粒，并将单颗籽粒送入信号采集区；信号采集装置：与所述籽粒排队装置相连接，用于采集处于信号采集区内的固体籽粒的信息；信息处理装置：对所述信号采集装置采集到的固体籽粒信息数据进行信息处理，判断籽粒的属性，并将属性信号发送给籽粒分选装置；籽粒分选装置：与所述信息处理装置相连接，获取属性信号，并根据所述属性信号对固体籽粒进行分选。
【专利说明】—种固体籽粒自动分拣系统【技术领域】
[0001]本发明涉及农业自动化【技术领域】，尤其是一种能够对固体籽粒进行自动分拣的系统。
【背景技术】
[0002]农作物种子、中药原材料等大部分都是以固体籽粒的形式存在的，比如粮食作物中的大豆、花生、玉米、麦仁，药物作物中的冬青、枸杞、丹参、芡实等等。而这些种子、原材料不可避免的要进行杂质筛选、品种分类、质量检测和真假鉴别等工序，这些工序都涉及到籽粒的分拣问题。因此，快速有效地检测及分拣固体籽粒，不仅可以保障食品药品的品质安全，而且可以提高农副产业的生产效率、增进效益。
[0003]在可见光范围，通过相机拍摄，机器视觉处理方式进行食品药材检测分选的方式已经广泛应用，但是现有的固态籽粒分选装置大多需要人工参与，不但耗费大量的人力，且分选速度慢，准确性不高，因而人工分拣成为提高工作生产效率的障碍。目前，还没有真正能够实现自动、快速、的分拣系统。例如，根据专利CN102213685A所述，采用核磁共振检测油份的方法对玉米单倍体籽粒进行分选，虽然可以获得很好的检测和分选效果，但是分选速度仍有很大的提高空间，并且设备造价昂贵，难以面向大众用户普及；根据专利CN201789739所述，采用图像处理方法区分单倍体，需要人工预先摆正玉米种子胚面，因而不能连续自动化作业，费时费力。另外，现有的固体籽粒分选设备检测技术单一，并未加入红外相机或者微型图像光谱仪等多种检测手段，限制了检测的准确率和适应范围。`
【发明内容】
[0004](一)技术问题
[0005]本发明针对国内外缺少无需人工参与的固体籽粒自动分拣系统的情况，提出了一种可以自动、快速、分拣固体籽粒的系统，克服因人工参与带来的低效率问题。
[0006]( 二 )技术方案
[0007]本发明所采用的技术方案是:一种固体籽粒自动分拣系统，其包括:
[0008]籽粒排队装置:用于有序传送固体籽粒，并将单颗籽粒送入信号采集区；
[0009]信号采集装置:与所述籽粒排队装置相连接，用于采集处于信号采集区内的固体籽粒的信息；
[0010]信息处理装置:对所述信号采集装置采集到的固体籽粒信息数据进行信息处理，判断籽粒的属性，并将属性信号发送给籽粒分选装置；
[0011]籽粒分选装置:与所述信息处理装置相连接，获取属性信号，并根据所述属性信号对固体籽粒进行分选。
[0012](三)有益效果
[0013]从以上的技术方法可以看出，本发明具有以下有益效果:
[0014]1.本发明提供了一种固体籽粒自动分拣系统，通过机械自动化作业，克服目前籽粒分拣工作依赖人工挑选或摆放带来的分拣速度慢、分拣准确率低的问题。
[0015]2.本发明提供了一种固体籽粒自动分拣系统，该系统可采用多种技术手段，如灰度/彩色/近红外图像处理技术、红外/近红外光谱技术等，检测方式灵活，可满足不同应用需求。
[0016]3.本发明提供了一种固体籽粒自动分拣系统，通过模式识别的方式自动鉴别籽粒的属性，建模方式多样、准确性高、适用面广，进一步满足了不同的应用需求。
[0017]4本发明提供了一种固体籽粒自动分拣系统，该方法原理简单，便于实施，易于实现规模化分选，成本低廉，满足了不同用户的应用需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明中固体籽粒自动分拣系统的结构示图；
[0019]图2是本发明中籽粒排队装置俯视示意图。
【具体实施方式】
[0020]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
[0021]图1示出了本发明提出的一种籽粒自动分拣系统的结构图。如图1所示，所述自动分拣系统包括:籽粒排队装置1、信号采集装置2、信息处理装置3和籽粒分选装置4。
[0022]所述籽粒排队装置1，用于有序传送固体籽粒，以将单颗籽粒送入信号采集装置。
[0023]图2示出了本发明提出的籽粒排队装置的结构示意图。如图2所示，所述籽粒排队装置I的一端是籽粒的入口 U，中间是传送带13，传送带13的另一端连接圆形码盘12。所述圆形码盘12由多个扇区组成，每个扇区有一个籽粒槽，每个籽粒槽只能容纳一颗籽粒。所述传送带13由电机控制，在运动过程中通过轻微振动，使得传送带上的籽粒排成一条直线，有序进入另一端的圆形码盘12。所述圆形码盘12，在某一时刻，只有一个籽粒槽与信息采集台对齐，码盘由步进电机控制定时转动，每转动一次，将当前籽粒槽及其槽内的籽粒转出信息采集台，同时将下一个籽粒槽连同槽内的籽粒转到信息采集台上，供信号采集器采集信息。
[0024]所述信息处理装置2，包括信号采集台和信号采集器，所述信号采集台通过连接杆与所述籽粒排队装置I的码盘连接。信号采集器可以是黑白或彩色摄像头、近红外相机、近红外光谱仪等信号采集设备，通过电子接口与信息处理装置相连。所述信号采集器位于信号采集台下方，其同步采集信号采集台上籽粒的信息，此信息根据信号采集设备的不同，可以是固体籽粒的图像信息，也可以是近红外光谱信息或近红外光谱图像信息等光谱信息，其在采集完成后将籽粒的信息输出给信息处理装置。
[0025]所述信息处理装置3，通常是嵌入式计算机系统，包含有各种外围电子接口如网口、USB接口等。信息处理装置3对信号采集器输出的籽粒图像或光谱等信息进行预处理、特征提取和模式识别，鉴别出籽粒的外表属性如颜色、形状、纹理信息等，或是内在属性如品种、成份含量、基因信息等，并将属性信号传递给籽粒分选装置4。所述信息处理装置，可以根据分选目标要求设定固体籽粒的不同属性，并选用相应的信号采集器采集籽粒的不同信息，其还根据所采集的固体籽粒信息的不同以及分选目标属性的不同，采用不同的特征提取、计算和模式识别方法。例如，要对籽粒颜色进行分选，系统可选择彩色相机作为信号采集器，采集籽粒的图像信息，然后对图像进行降噪、白平衡等预处理，再提取图像的颜色直方图等图像特征，然后采用欧氏距离、直方图交叉等距离计算方法，或采用仿生模式识另IJ、支撑向量机或神经网络等模式识别方法进行计算，最终鉴别出籽粒的颜色属性。
[0026]所述籽粒分选装置4，其通过电缆、电线等与信息处理装置3相连，包含数个与属性数量对应的收集器，用于收集不同属性的固体籽粒。所述籽粒分选装置4，对固体籽粒的分选可以是机械分选、气动分选，或者是对籽粒进行标记分选。例如，采用机械分选，各收集器上端带有电子阀门，其电子阀门接收从信号处理装置3发送的属性信号，并将该属性信号做为阀门的开关控制信号，控制阀门的打开与闭合。所述电子阀门，当属性信号为某一属性时，对应属性收集器的电子阀门打开，其余阀门关闭，当圆形码盘12的携带籽粒的籽粒槽转出信号采集台后籽粒槽内的籽粒自然掉落，籽粒滚落进落入对应的收集器内，实现自动分拣。
[0027]本发明还公开了一种对固体籽粒进行自动分拣的方法，其包括:
[0028]步骤1:籽粒排队。固体籽粒置于传送带上，随着传送带的运动，固体籽粒排成队列被传送到圆形码盘的籽粒槽内；
[0029]步骤2:信息采集。圆形码盘通过步进电机控制，每隔一定时间转动一步，将固体籽粒依次送入信号采集平台，信号采集器同步采集平台上籽粒的信息，并将数据传输给信息处理装置；
[0030]步骤3:特征提取与鉴别。信息处理装置对步骤2的籽粒信息数据进行预处理、特征提取和模式识别，鉴别出籽粒的属性，并将属性信号传递给籽粒分选装置；
[0031]步骤4:籽粒分选。籽粒分选装置根据步骤3得到的属性信号，将相应的收集器阀门打开，其余阀门关闭，使籽粒进入对应的收集器内，实现自动分拣。
[0032]以玉米种子固体籽粒为例，采用本发明提出的系统对玉米单倍体籽粒进行筛选。玉米籽粒糊粉层和胚部存在Navajo标记为杂合体；糊粉层存在Navajo标记而胚部无Navajo标记的为单倍体；糊粉层和胚部都无Navajo标记的为花粉污染所致。Navajo标记为深紫色，目前通常用人工肉眼判断进行单倍体筛选，但这一标记在不同杂交组合中的表现存在很大差异，在有些组合中籽粒的着色很深，而在另一些组合中则着色很浅或不着色。因此，本实施例用近红外光谱仪对玉米籽粒进行鉴别分选。
[0033]此下面将分五个阶段做进一步说明。
[0034]I)系统启动阶段:启动控制系统程序，同时启动微型近红外光谱仪及高速计算机处理程序，传送带开始运动，圆形码盘定时转动。
[0035]2)籽粒传送与光谱采集阶段:玉米籽粒由特定方式置于传送带上，在运动过程中自然排成一列，依序圆形码盘的籽粒槽内。码盘每隔0.25秒转动一次，触发微型近红外光谱仪，采集位于信号采集台上的玉米籽粒的近红外光谱，并将光谱数据传送给信息处理装置。
[0036]3)信息处理阶段:高速计算机在接收到光谱数据后，在圆形码盘进行下一次转动之前，对光谱数据进行预处理、特征提取和模式识别，最终确定当前位于信号采集台上的籽粒是否为单倍体，并将判别结果传递给籽粒分选装置。
[0037]4)籽粒分选阶段:籽粒分选部件收到判别结果后，将相应的收集器阀门打开，其余阀门关闭，在圆形码盘再次转动后使籽粒进入对应的收集器内。
[0038]5)系统往复阶段:传送带与圆形码盘同步，在运送籽粒进入圆形码盘的籽粒槽后，停顿0.25秒，再次启动运输籽粒；圆形码盘每次转动，都会有一粒籽粒进入信号采集台；同时有一粒籽粒从信号采集台上出来，由被分选装置运送到相应的属性收集器内，如此往复，使系统连续运行。
[0039]筛选结束后，首先关闭系统控制程序，等待个装置的机械运动停止后，关闭微型近红外光谱设备和高速计算机。
[0040]综合以上步骤，此实施例证明，本发明提供的固体籽粒自动分拣系统对鉴别玉米单倍体的方法简明有效。实施例通过特定的光谱采集环境，可采集稳定的玉米种子近红外光谱，并用信息处理、特征提取和模式识别等方法对单倍体玉米种子进行识别，整个过程无需人为调整玉米姿态，此方法真正实现了自动分选玉米单倍体籽粒的目的。本领域技术人员应当理解，本发明提出的上述分拣系统不仅限于玉米粒单倍体的分拣，其适用于任何固体籽粒的分拣。
[0041]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、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】
1.一种固体籽粒自动分拣系统，其特征在于，包括: 籽粒排队装置:用于有序传送固体籽粒，并将单颗籽粒送入信号采集区； 信号采集装置:与所述籽粒排队装置相连接，用于采集处于信号采集区内的固体籽粒的信息； 信息处理装置:对所述信号采集装置采集到的固体籽粒信息数据进行信息处理，判断籽粒的属性，并将属性信号发送给籽粒分选装置； 籽粒分选装置:与所述信息处理装置相连接，获取属性信号，并根据所述属性信号对固体籽粒进行分选。
2.根据权利要求1所述的固体籽粒自动分拣系统，其特征在于，所述籽粒排队装置由电机驱动。
3.根据权利要求1所述的固体籽粒自动分拣系统，其特征在于，所述籽粒排队装置一端是籽粒的入口，中间是传送带，传送带的另一端连接圆形码盘；所述传送带由电机驱动，逐个将籽粒送入所述圆形码盘。
4.根据权利要求3所述的固体籽粒自动分拣系统，其特征在于，所述圆形码盘由多个扇区组成，每个扇区有一个籽粒槽，每个籽粒槽只能容纳一颗籽粒，同一时刻，只有一个籽粒槽与信息采集区对齐，并由步进机控制转动所述圆形码盘，依次将籽粒槽中的籽粒转到信息采集区。
5.根据权利要求1所述的固体籽粒自动分拣系统，其特征在于，所述信号采集装置包括信号采集台和信号采集器，所述信号采集台位于信号采集区，所述信息采集器包括可见光相机、红外相机、微型光谱仪，或者其它信息采集设备。
6.根据权利要求5所述的固体籽粒自动分拣系统，其特征在于，所述信号采集装置采集的固体籽粒的信息包括固体籽粒的图像信息、近红外光谱信息或近红外光谱图像信息。
7.根据权利要求1所述的固体籽粒自动分拣系统，其特征在于，所述信息处理装置根据信号采集装置采集到的固态籽粒的信息鉴别固体籽粒的外表属性和/或内在属性。
8.根据权利要求7所述的信息处理装置，其特征在于，固体籽粒的外表属性包括颜色、形状、纹理信息，内在属性包括品种、成份含量、基因信息。
9.根据权利要求1所述的固体籽粒自动分拣系统，其特征在于，所述籽粒分选装置包括多个收集器，其工作方式包括机械分选、气动分选或者标记分选。
10.根据权利要求9所述的固体籽粒自动分拣系统，其特征在于，所述籽粒分选装置根据接收到的属性信号的不同打开相应收集器上的电子阀门，以将具有不同属性的固体籽粒收集到不同的收集器中。
【文档编号】B07C5/342GK103706574SQ201310727453
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年12月25日
【发明者】李卫军, 覃鸿, 董肖莉, 张丽萍 申请人:中国科学院半导体研究所