玉米种子的图像精选定向定位方法及装置研究

发布时间：2017-12-18 13:05

  本文关键词：玉米种子的图像精选定向定位方法及装置研究

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【摘要】：玉米生产在我国粮食生产和粮食安全上占据非常重要的战略地位。定向播种能够提高通光、通风效果,对于密植、增产具有重要意义。为了实现定向播种,一方面,在播种前需要对种子进行精选,包括穗选和粒选两部分,以便去除发芽率低的籽粒,以及不适合定向播种的形状不规则籽粒。另一方面,需要在播种时保证种子定向有序地排列在播种沟中。为此,本文基于机器视觉技术研究了种穗精选技术、种粒精选技术以及定向定位摆放技术,并研制了用于定向播种的玉米种粒图像精选定向定位装置。(1)设计了玉米种穗图像精选装置实施方案。针对黄色玉米种穗,研究了定向播种用的玉米种穗动态图像精选方法。根据种穗的外形特征判断小种穗;利用2R-G-B和G-B方法加强黄色籽粒区域,根据黄色籽粒区域与整个种穗的面积比,判断缺粒及霉变种穗;利用种穗图像的横向和纵向像素值累计分布特征,追踪中间穗行的籽粒轮廓,并通过其端面矩形度,判断籽粒合格的种穗。随机抽检50个种穗样本,进行双侧面检测,结果表明:外形特征检测准确率为100%,缺粒及霉变检测准确率为96%,穗上籽粒端面矩形度检测准确率为98%,总体检测准确率为94%。(2)设计了玉米种粒图像精选定向定位装置的整体结构。结合种粒样本的几何特征,对关键部件的结构参数进行了详细的设计计算。对种粒从排种器鸭嘴中喂出过程进行了动力学分析,确定了滚轮安装角。试验测试了导向定位之后种粒喂入输送带的实际位置范围,并设计了吹除部件的在线吹除方案,同时分析确定了凹槽对种粒连续进行有效定位的条件。(3)开发了定向播种用的种粒动态图像检测算法。分析了种粒图像的RGB颜色特征,实现了种粒各颜色区域的分割提取,依据种粒的形态特征以及周长、面积等20个检测指标,完成了种粒形心位置、胚芽方向的判断以及不符合定向播种种粒的合格性检测。依据种粒粘连处附近两分界点沿轮廓线较近一侧的距离与两分界点间直线距离之比,大于单一种粒轮廓线上任意两点的对应值,完成了种粒粘连性的判断。试验表明,种粒单面合格性、粘连性以及合格种粒的形心位置、尖端朝向和胚芽正反面的检测准确率分别为:97%、99%、100%、100%、98%。(4)进行了动力驱动系统的选择,设计了气压驱动回路系统,进行了装置控制系统的总体设计,包括上位机图像采集与处理系统和下位机动力控制系统两部分。在上位机图像采集与处理系统中,进行了系统软件界面的设计,主要菜单功能包括图像采集、种粒离线检测、种粒实时精选及定向定位控制等,在下位机动力控制系统中,基于PLC设计了控制系统的软硬件。另外,分析并确定了各工作部件的主要工作参数。(5)进行了样机的性能测试试验,测试结果表明,样机整体结构设计合理,各部件工作协调,工作参数设置合理,达到了设计要求和预期目标。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S513;TP391.41

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨粉团;梁尧;曹庆军;姜晓莉;李刚;;基于冠层光资源高效利用的定向播种技术增产效应研究[J];吉林农业科学;2015年06期

2 梁丽娜;韩豹;孟繁超;徐洪岩;葛玉晓;;粳稻定向排种装置种子分离机构仿真分析[J];农机化研究;2015年09期

3 杨粉团;曹庆军;梁尧;姜晓莉;李刚;王立春;;玉米定向栽植模式下冠层结构及光能分布特征研究[J];广东农业科学;2015年12期

4 刘长青;陈兵旗;张新会;王侨;杨曦;;玉米定向精播种粒形态与品质动态检测方法[J];农业机械学报;2015年09期

5 杨粉团;曹庆军;姜晓莉;Lamine Dallio;梁尧;李刚;;玉米种子定向入土方式与叶片空间分布关系[J];浙江农业学报;2015年03期

6 王应彪;赵学观;徐丽明;李超;陆鑫;李世军;;基于电磁振动的玉米种子定向排序输送技术[J];农业机械学报;2015年01期

7 王侨;陈兵旗;杨曦;刘长青;;用于定向播种的玉米种穗图像精选方法[J];农业工程学报;2015年01期

8 赵学观;徐丽明;王应彪;李超;;基于Fluent与高速摄影的玉米种子定向吸附研究[J];农业机械学报;2014年10期

9 刘长青;陈兵旗;;基于机器视觉的玉米果穗参数的图像测量方法[J];农业工程学报;2014年06期

10 俞亚新;林佳辉;赵匀;郑斌;;基于单轴对称特性的稻种定向排序仿真与试验[J];农业机械学报;2013年10期

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 韩东奎 ;张跃峰;;播种机生产线应用技术要点[N];中国花卉报;2012年

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 张新伟;玉米种子内部机械裂纹特征与识别研究[D];沈阳农业大学;2012年

2 杨蜀秦;农作物籽粒的图像处理和识别方法研究[D];西北农林科技大学;2012年

3 凌云;基于机器视觉的谷物外观品质检测技术研究[D];中国农业大学;2004年

4 成芳;稻种质量的机器视觉无损检测研究[D];浙江大学;2004年

中国硕士学位论文全文数据库 前9条

1 徐洪岩;北方粳稻有序排种装置的试验研究[D];东北农业大学;2015年

2 王盼;基于机器视觉和优化DBSCAN的玉米种子纯度识别[D];山东农业大学;2012年

3 赵敏;基于机器视觉的玉米品质检测[D];吉林大学;2012年

4 丁宪;大粒种子定向播种装置的研制[D];西北农林科技大学;2012年

5 郑敏江;基于数字图像处理的玉米种子质量分级方法研究[D];武汉理工大学;2009年

6 王玉亮;基于机器视觉的玉米种子品种识别与检测研究[D];山东农业大学;2008年

7 张杰;基于声学和图像分析的玉米应力裂纹检测方法研究[D];吉林大学;2007年

8 蔡卫国;种子精选分级试验台机构与控制方法研究[D];中国农业大学;2005年

9 宁纪锋;玉米品种的计算机视觉识别研究[D];西北农林科技大学;2002年

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本文编号：1304248