一种用于分选劣变水稻种子的光学分选装置及设备的制作方法

本申请涉及分选设备技术领域，特别是涉及一种用于分选劣变水稻种子的光学分选装置及设备。

背景技术：

杂交水稻种子在成熟收割期和干燥的过程中，如遇到降雨等不良气候延迟收割或不能及时干燥，部分种子会发生穗萌穗芽、米粒粉质化和霉变变色等劣变现象，劣变的种子大多不能发芽成苗或活力很低，无种用价值，而且劣变种子还会影响同一批种子中其他未劣变种子的正常发芽。这些劣变种子的大小、粒重等与未劣变种子无明显差异，使用现有的风筛选、重力选等方法难以分选出来；而且，由于劣变种子是内部米粒发生变化，而外部的颖壳大多并无明显变化，现有的色选甚至水选法等方法也难以将劣变种子分选开来，导致整批种子的种用价值降低甚至失去，劣变严重的种子批只能报废，给制种农户和种子企业造成相当大的损失。

因此，如何分选出劣变种子是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的第一个目的为提供一种用于分选劣变水稻种子的光学分选装置；本发明的第二个目的为提供一种水稻种子光学分选设备。本发明提供的水稻种子光学分选装置及设备，通过多次试验，选择600nm-650nm波段强光照明后观察透射信号，来识别稻种是否发生穗萌穗芽、米粒粉质化和霉变的劣变，对提升稻种发芽率效果很明显。

本发明提供的技术方案如下：

一种用于分选劣变水稻种子的光学分选装置，包括光学系统、分析系统、移送系统，

所述光学系统包括光源、图像采集部件，所述光源提供波长为600-650nm的光，所述光源发出的光在图像采集区域穿透水稻种子后，被所述图像采集部件采集；

所述分析系统接收所述图像采集部件采集的图像并进行分析；

所述移送系统与所述分析系统相连，并根据所述分析系统的分析结果，将水稻种子分别移送至对应分选区域。

优选地，所述光源提供波长为600-650nm的LED红光。

优选地，所述光源设有滤光片。

优选地，所述光学系统设有2-8个光源。

优选地，所述光学系统还设有背景光源。

优选地，所述移送系统具体为吹风系统，所述吹风系统提供或不提供气流，或者提供大小不同的气流，将水稻种子吹送至对应分选区域。

优选地，所述装置还包括用于进料的料斗、提升部件，所述提升部件将水稻种子提升送入料斗中，然后水稻种子下落，进入光学系统的图像采集区域进行分选。

优选地，所述装置还设有除尘机构。

一种水稻种子光学分选设备，其包括多组上述任一项所述的水稻种子光学分选装置，所述多组装置之间相互分隔，用于批量分选水稻种子。

收获干燥后的杂交水稻种子中含有秸秆、草屑、杂草种籽、空秕粒、不饱满粒、裂颖粒、黑粉病粒、稻曲病粒、大小不一的沙石等等，如成熟收获期遇降雨或收获后干燥不及时，有些批次种子内还有穗萌穗芽粒、米粒粉质化粒和霉变变色粒。因此杂交水稻种子在收购前必需进行精选加工，才能确保种子的净度达到98.5％以上，符合国家标准(GB4404.1-2008)的要求。现有的风筛选机、重力式精选机可以将秸秆、草屑、杂草种籽、空秕粒、不饱满粒、部分裂颖粒、部分穗芽粒、大的或小的沙石、黑粉病粒、部分稻曲病粒精选清除掉，种子净度能达到国家标准及以上。但若种子有穗萌穗芽粒、米粒粉质化粒和霉变变色粒，这些精选设备就无法精选或分选，而导致种子发芽率偏低，有些甚至难以达到国家规定的80％以上发芽率标准。

现有的大米色选机可针对颖壳变色的种子粒进行分选，能将颖壳变色(变黑、变褐)的种子粒或其中的米粒分选除去，从而除去颖壳变色的水稻种子。而当水稻种子出现穗萌穗芽、米粒粉质化和米粒霉变变色的种子粒的情况时，其颖壳并不一定变色，或变色程度不一。因此，水稻种子颖壳的变色情况并不能完全反映其内米粒的穗萌穗芽、粉质化和霉变程度。如果使用大米色选机根据颖壳变色情况对水稻种子进行分离，并不能完全分离出其中的穗萌穗芽、粉质化、米粒霉变的种子。而穗萌穗芽、米粒粉质化和霉变的水稻种子会极大地影响种子的发芽率，从而极大地影响种子种用价值，但由于水稻种子穗萌穗芽、米粒粉质化和霉变等劣变发生在稻米内部，发生部位被稻壳紧紧包裹着，因此无法通过查看外表面来判断是否劣变。使用大米色选机分选穗萌穗芽、米粒粉质化和霉变种子，分选效果差，分选出的种子中仍含有穗萌穗芽、米粒粉质化和霉变种子，影响水稻种子的发芽率。同时，使用大米色选机分选除去的颖壳部分变色的水稻种子，或变色程度不深的水稻种子，其中部分是能够发芽的种子，会造成合格种子的浪费。

针对以上现有技术存在的问题，本发明提供一种用于分选劣变水稻种子的光学分选装置，选择一种波长能够穿透水稻种子的光，并能进一步透射或者反射出来，这样反射或透射光才能携带稻米是否劣变的信息。经过大量的实验验证，我们发现透射光更能有效地携带稻米是否发生穗萌穗芽、米粒粉质化和霉变的劣变信息。在确定了采用透射光原理后，通过大量实验，选取了各种波段的强光来照亮稻种，结果表明，劣变稻种对600nm-650nm波段红光有比较强烈的吸收，而好的稻种对600nm-650nm波段红光吸收较弱。因此，本发明将光源提供的光的波长限定在600-650nm，能够穿透水稻种子，由图像采集部件接收。通过合格种子与劣变种子在600-650nm波长处吸收率的不同，使用移送系统将水稻种子分别移送至对应分选区域，如将合格种子移送至合格种子区域或合格种子容器内，将劣变的种子移送至不合格种子区域或不合格种子容器内，实现对发生穗萌穗芽、米粒粉质化和霉变的劣变种子的分离，大幅提高分选后种子的发芽率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中水稻种子光学分选装置的结构示意图；

图2为本发明实施例中水稻种子光学分选装置的结构示意图(料斗、提升部件)；

图3为本发明实施例中水稻种子光学分选装置的分析系统连接示意图；

图4为本发明实施例中水稻种子光学分选设备的结构示意图(设置6个水稻种子光学分选装置)；

附图标记：1-光学系统；11-光源；12-图像采集部件；2-分析系统；3-移送系统；4-料斗；5-提升部件；a-水稻种子；b-背景光源。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

请如图1至图4所示，本发明实施例提供一种用于分选劣变水稻种子的光学分选装置，包括光学系统1、分析系统2、移送系统3，

所述光学系统1包括光源11、图像采集部件12，所述光源11提供波长为600-650nm的LED红光，所述光源11发出的光在图像采集区域穿透水稻种子后，被所述图像采集部件12采集；

所述分析系统2接收所述图像采集部件12采集的图像并进行分析；

所述移送系统3与所述分析系统2相连，并根据所述分析系统2的分析结果，将水稻种子分别移送至对应分选区域。

收获干燥后的杂交水稻种子中含有秸秆、草屑、杂草种籽、空秕粒、不饱满粒、裂颖粒、黑粉病粒、稻曲病粒、大小不一的沙石等等，如成熟收获期遇降雨或收获后干燥不及时，有些批次种子内还有穗萌穗芽粒、米粒粉质化粒和霉变变色粒。因此杂交水稻种子在收购前必需进行精选加工，才能确保种子的净度达到98.5％以上，符合国家标准(GB4404.1-2008)的要求。现有的风筛选机、重力式精选机可以将秸秆、草屑、杂草种籽、空秕粒、不饱满粒、部分裂颖粒、部分穗芽粒、大的或小的沙石、黑粉病粒、部分稻曲病粒精选清除掉，种子净度能达到国家标准及以上。但若种子有穗萌穗芽粒、米粒粉质化粒和霉变变色粒，这些精选设备就无法精选或分选，而导致种子发芽率偏低，有些甚至难以达到国家规定的80％以上发芽率标准。

现有的大米色选机可针对颖壳变色的种子粒进行分选，能将颖壳变色(变黑、变褐)的种子粒或其中的米粒分选除去，从而除去颖壳变色的水稻种子。而当水稻种子出现穗萌穗芽和粉质化和米粒霉变变色种子粒的情况时，其颖壳并不一定变色，或变色程度不一。因此，水稻种子颖壳的变色情况并不能完全反映其内米粒的穗萌穗芽和粉质化和霉变程度。如果使用大米色选机根据颖壳变色情况对水稻种子进行分离，并不能完全分离出其中的穗萌穗芽和粉质化、米粒霉变的种子。而穗萌穗芽和粉质化、米粒霉变后的水稻种子会极大地影响种子的发芽率，从而极大地影响种子种用价值，但由于水稻种子穗萌穗芽、米粒粉质化和霉变等劣变发生在稻米内部，发生部位被稻壳紧紧包裹着，因此无法通过查看外表面来判断是否劣变。使用大米色选机分选穗萌穗芽、米粒粉质化和霉变种子，分选效果差，分选出的种子中仍含有穗萌穗芽米粒粉质化和霉变种子，影响水稻种子的发芽率。同时，使用色选机分选除去的颖壳部分变色的水稻种子，或变色程度不深的水稻种子，其中部分是能够发芽的种子，会造成合格种子的浪费。

针对以上现有技术存在的问题，本发明提供一种用于分选劣变水稻种子的光学分选装置，选择一种波长能够穿透水稻种子的光，并能进一步透射或者反射出来，这样反射或透射光才能携带稻米是否劣变的信息。经过大量的实验验证，我们发现透射光更能有效地携带稻米是否发生穗萌穗芽、米粒粉质化和霉变劣变的信息。在确定了采用透射光原理后，通过大量实验，选取了各种波段的强光来照亮稻种，结果表明，劣变稻种对600nm-650nm波段红光有比较强烈的吸收，而好的稻种对600nm-650nm波段红光吸收较弱。因此，本发明将光源11提供的光的波长限定在600-650nm，能够穿透水稻种子，由图像采集部件12接收。通过合格种子与劣变种子在600-650nm波长处吸收率的不同，使用移送系统3将水稻种子分别移送至对应分选区域，如将合格种子移送至合格种子区域或合格种子容器内，将劣化的种子移送至不合格种子区域或不合格种子容器内，实现对发生穗萌穗芽、米粒粉质化和霉变的劣变种子的分离，大幅提高分选后种子的发芽率。

优选地，所述光源11提供波长为600-650nm的LED红光。

作为优选，使用波长为600-650nm的LED红光，更优选使用610-630nm的LED红光，在该波长段内，发生穗萌穗芽、米粒粉质化和霉变劣变的种子与合格种子的光吸收率差别更大，分选效果更优。LED光源发光稳定，相较于激光能量较弱，不会对分选的种子造成不良影响，从而保证分选后种子的发芽率不受分选时的光照影响。

优选地，所述光源11设有滤光片。

本发明中，可以使用滤光片将光源11发出的光调整到所需要的波长范围内。

优选地，所述光学系统1设有2-8个光源11。

作为优选，光学系统1设置2-8个光源11，优选设置3-5个光源11。并通过调整光源11的角度，使多个光源11的光汇聚，共同照射到位于图像采集区域内的水稻种子上，提高光强度，使图像采集部件12采集的图像中劣化种子与合格种子的差异更加明显，便于分选的进行。

优选地，所述光学系统1还设有背景光源。

本发明中，也可通过提高光源11的功率，进一步提高光强度。本发明还可以设置背景光源，用于辅助照明。

优选地，所述移送系统3具体为吹风系统，所述吹风系统提供或不提供气流，或者提供大小不同的气流，将水稻种子吹送至对应分选区域。

本发明中可以使用吹风系统来实现对种子的移送。吹风系统可以包括风机、风机控制部件。风机控制部件可以控制风机的通断，实现对提供气流或不提供气流的控制，来移送种子。例如，当分析系统2分析结果为合格种子时，风机控制部件不启动风机，使图像采集区域内对应的水稻种子由于重力自然下落，进入合格种子分选区域；当分析系统2分析结果为劣化种子时，风机控制部件启动风机，使图像采集区域内对应的水稻种子受到横向或倾斜方向的气流作用，再加上重力的作用，倾斜下落，进入不合格种子分选区域。风机控制部件还可以通过控制风机气流的大小来实现对合格种子与不合格种子的分选。

优选地，所述装置还包括用于进料的料斗4、提升部件5，所述提升部件5将水稻种子提升送入料斗4中，然后水稻种子下落，进入光学系统1的图像采集区域进行分选。

本发明的水稻种子光学分选装置还包括料斗4、提升部件5，提升部件5将水稻种子运输至料斗4内，水稻种子在料斗4内由于重力的原因下落，通过设置挡板和轨道的方式，使水稻种子呈单粒或少数几粒从轨道下落的方式，逐个通过光学系统1的图像采集区域，进行分选。

优选地，所述装置还设有除尘机构。

还可以在本装置中(例如物料通道的入口与出口)设置除尘机构，用于除去水稻种子分选过程中产生的灰尘。除尘机构可以使用脉冲静电除尘机，并通过管道与分选机的机腔、料斗等链接，及时将稻种在下落运动过程中产生的灰尘吸走，保持光源部位和分选部位干净。

一种水稻种子光学分选设备，其包括多组上述任一项所述的水稻种子光学分选装置，所述多组装置之间相互分隔，用于批量分选水稻种子。

本发明还提供一种水稻种子光学分选设备，设置多组水稻种子光学分选装置，多组装置之间相互分隔，则多组水稻种子光学分选装置可以分别对水稻种子进行分选，提高效率，尤其适用于批量分选水稻种子。

本发明的装置或设备，可以按如下步骤使用：

a、通过提升部件5将水稻种子送入料斗4中，水稻种子下落，进入光学系统1的图像采集区域，光源11提供波长为600-650nm的光，光源11发出的光穿透水稻种子后，被图像采集部件12采集；

b、分析系统2接收图像采集部件12采集的图像并进行分析，确定与该图像对应水稻种子的品级，并将分析结果传输至移送系统3；

c、移送系统3根据分析系统2的分析结果，将水稻种子分别移送至对应分选区域。

实施例1

选取有部分种子发生劣变的发芽率有差异的杂交水稻种子，使用本发明的光学分选装置进行分选，将水稻种子通过提升部件5提升至料斗4中，水稻种子沿轨道逐粒通过光学部件1的图像采集区域，光源11发出波长为610-630nm的光，穿透水稻种子，被图像采集部件12接收。分析系统2接收图像采集部件12采集的图像，并分析其吸收率的差别。通过与设定的吸收率进行比较，光吸收率高于限值的为劣化的不合格种子，光吸收率低于限值的为合格种子。移送系统3具体为吹风系统，吹风系统根据分析系统2的分析结果，将合格种子与不合格种子分别吹送至不同的分选区域储存，以实现水稻种子的分选。

对分选后进行发芽率和种子劣变粒率检测，结果如下表1：

表1光学分选装置分选杂交水稻种子效果分析表

由上表1可知：

第一，本发明提供的光学分选机对原始发芽率从67％至85％的种子均有分选效果，分选后发芽率能提高6到8个百分点，原料不同提高的幅度不同，分选后种子中穗萌粒率、米粒粉质化和霉变粒率大幅降低。

第二，对于种子发芽率特别低的种子，可通过多次分选大幅提高发芽率，如4042A经过三次分选后，发芽率从48％提高到70％。

本发明提供的水稻种子光学分选装置及设备，通过多次试验，选择600nm-650nm波段强光照明后观察透射信号，来识别稻种是否发生穗萌穗芽、米粒粉质化和霉变的劣变，并对分选后的水稻种子进行发芽率的试验，试验结果表明，分选出的劣变稻种发芽率比正常的稻种发芽率要低得多。因此，可以确认该波段的透射光能够比较清晰地判断稻壳内米粒是否劣变，则该波段光投射水稻种子后得到的光吸收率数据与水稻种子发芽率的相关性较强，可以用于穗萌穗芽、米粒粉质化和霉变劣化种子的分选，对提升稻种发芽率效果很明显。

本发明提供的水稻种子光学分选装置及设备，主要针对发生穗萌穗芽、米粒粉质化和霉变的劣变的水稻种子，其外部颖壳未发生变化或变化不明显。通过采用特定波长的透射光分选水稻种子，并进行发芽率试验对分选后的种子的发芽率进行验证，最终得到本发明的实验方案。与现有技术中使用的对稻谷表面颖壳进行色选的色选机是分选霉变、变色的种子相比，本发明的方案将水稻种子对特定波长光线的投射率与水稻种子的发芽率相关联，通过透射光使得分选出的水稻种子发芽率得到明显提高。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。