基于ARM的嵌入式水果大小检测与分级系统的实现

实现了一种基于嵌入式ARM处理器的水果大小检测与分级系统。为了降低目前水果检测与分级系统的复杂性和成本,系统利用嵌入式ARM9处理系统代替计算机进行图像数据处理,基于Qt/Embedded软件平台,首先获得水果的侧视图像,图像经预处理,然后利用水果直径检测算法检测出水果直径后,按照直径检测结果实现水果大小分级功能。实验结果表明,该检测系统具有处理速度快,测量分级精度高和成本低等优点,在水果品质检测与分级方面具有较高的实用价值。     

细根异速分解的3个可能影响途径

植物根系分解是驱动陆地生态系统碳和养分循环的关键过程之一。直径小于2 mm的根是一个复杂的异质性细根系统。位于细根系统末端的低级根(如1~3级根)或直径较小的细根(如直径小于0.5 mm的细根),执行水分和养分吸收功能,其周转迅速(0.5~2.5次/a),是植物根系向土壤输入碳和养分的主要途径。近年来对细根分解的研究表明,在细根系统中,低级根的分解速率显著慢于高级根(如3级以上的根)或直径较大的细根(如直径大于0.5 mm的细根),执行输导和储藏功能。本文综述了影响细根异速分解的3个可能途径:菌根、碳质量和氮含量,旨在增强研究者对全球变化下细根功能属性(如细根直径)如何影响生态系统碳和养分循环的理解。      

1种基于Kinect深度图像的指尖检测与跟踪算法

为了实现基于Kinect的三维手势识别,提出一种基于深度图像的指尖检测与跟踪方法。首先利用Kinect提供的深度信息和HSV肤色模型分割出手掌区域,并通过映射获得二维手掌区域的二值图像;然后在二维手掌区域中采用形态学操作,计算获得各手指的二维区域,并把各手指区域中离手心点距离最远的点作为指尖点;最后接着加入指尖点的深度信息,获得各指尖的三维信息,在三维空间中利用卡尔曼滤波方法实现对指尖的跟踪。试验结果证明,该算法能够准确、实时地实现指尖检测与跟踪,满足了手势识别的基本要求。     

不同基因型油菜成熟期根系特征及其与根际土壤养分关系

为缓解西北风沙区冬季地面裸露、风蚀严重的问题,以3种油菜类型共20个油菜品种为试材,在相同的栽培条件下于油菜成熟期分析油菜总根长、根表面积、根体积、根干质量、主根长、主根直径、直径小于2mm的总根长、根尖数等根系指标及油菜根际土的全氮、速效磷、速效钾、有机质质量分数的差异,并进行了相关性分析,旨在探索不同类型不同品种油菜根系差异以及根系对根际土壤养分的影响,进而为选择出根系发达的油菜类型和油菜品种增加相应的实践经验。结果表明,不同类型油菜、同一类型不同品种油菜间的根系指标及根际土养分质量分数存在显著差异,表现为:(1)甘蓝型和白菜型油菜的总根长、根表面积、根尖数、直径小于2mm的总根长普遍大于芥菜型,其中甘蓝型油菜的根表面积相对芥菜型提高15.10%~94.00%;芥菜型油菜的根体积和根干质量最大,其中芥菜型油菜平均根体积分别比白菜型、甘蓝型油菜平均根体积提高11.26%、12.39%,平均根干质量分别减少49.77%和43.14%;芥菜型和甘蓝型油菜的主根长和主根直径普遍大于白菜型油菜。(2)3种油菜类型根际土壤全氮、速效钾、有机质质量分数大体上符合芥菜型白菜型甘蓝型的趋势,速效磷质量分数表现为白菜型芥菜型甘蓝型。(3)油菜总根长、根表面积、根尖数、直径小于2mm的总根长与各养分指标呈负相关;油菜根表面积、根长、根尖数越大,养分吸收越多;芥菜型油菜主根发达,生物量大,可在土壤贫瘠、易风蚀的区域种植用于防风固土,培肥地力;甘蓝型油菜根系表面积大,可在水肥条件较好的地方种植用于收获经济产量。     

海洋仪器试验场测试装置立管结构设计与强度分析

根据海洋仪器试验场建设需要,对传感器等海洋仪器进行检测的装置立管及其附属结构进行设计与分析十分必要。检测装置由不同直径的PE立管相互嵌套为主体,可搭载5个直径50 mm的传感器,传感器挂载装置可自动适应海上潮位变化,螺旋桨旋转形成涡流以清除附着生物。CFD圆柱绕流仿真计算以及对装备固定螺栓组和卡箍失效分析结果表明,消波管可引导装备立管绕流及尾流的汇流,控制尾流的流向,削弱流体流经立管时产生的涡流影响,并且装置在海上作业具有较高的抗风浪性和可靠性。在上海市浦东芦潮港水文检测站进行的测试表明,装置整体结构强度和形变符合设计要求,能够满足海洋仪器试验场测试装备的需要。     

小型树枝粉碎机关键部件的设计

为将山地果园和其他园林场所修剪废弃的直径小于30mm的树枝,粉碎成长度小于30mm、粒径小于5mm的木屑,设计了一种厚锤片单通道喂料辊喂料非重复式粉碎的可移动小型树枝粉碎机。根据锤片式粉碎原理,设计时改进喂料装置、转子总成和锤片的尺寸结构与工作方式。检测试验结果表明:改进设计的粉碎机最佳主轴转速范围为2 050~2 200r/min,在2 100r/min主轴转速时生产率可达0.851m3/h,单位能耗低至3.162kW·h/m3;机器参数水平理想,粉碎效果良好。     

基于ARToolKit的手指识别增强现实系统的设计

介绍了一种利用ARToolKit开发包和Opencv进行创新开发、实现手指识别的增强现实系统,该系统可以准确定位手掌、5根手指甚至是指尖,为进一步实现人机交互奠定了坚实的基础。通过该系统可以很大程度上摆脱硬件对人机交互的束缚,使用手指在摄像头形成的视频空间图像触发一些虚拟菜单,进而实现人机交流。     

浮绳式网箱框架纲波浪力特性的初步试验研究

结合生产的实际需要,沿海浮绳式网箱生产的作用日益突出,因而研究其水动力特性非常重要。根据这一需要,采用预加张力的直交系泊方法,依据目前柔性浮绳式网箱尺寸和渔具模型试验方法设计、制作了一个柔性浮绳式网箱模型（1 m×1 m×1 m）,并进行了水槽试验。试验工况为规则波,周期为0.8～2.0 s（间隔0.2 s）,波高为50～250 mm（间隔40 mm）。在不同波浪周期、波高下,根据测量数据,分析研究作用在浮绳式网箱框架纲上波浪力的特性。试验结果表明：波浪力的变化与波浪特性相似,呈周期性、不对称变化,垂直于波浪方向的2根框架纲的波浪力峰值比与波浪方向平行的2根框架纲的稍小。框架纲上的波浪力不是同步变化的,存在一定相位差,但由于框架纲是柔性绳索制成的,因而能承受由于不同相位波浪力产生的扭矩剪切作用,证明了波浪作用下HDPE网箱常受到破坏而浮绳式网箱安然无恙的事实。最后,就水流和波浪共同作用下的网箱水动力学进行了试验研究,发现波流共同作用下的水动力值并不是单独在纯流和纯波下的水动力的值的简单相加,而存在一修正项。     

群体水果动态图像的获取方法研究

群体水果动态图像的采集系统是水果品质实时检测与分级机器人系统的关键组成部分之一,主要由计算机、摄像机、图像采集卡、涡流式接近开关、水果和动态图像采集软件等组成.涡流式接近开关作为水果运动状况检测传感器,用于检测水果位置和触发动态图像采集.群体水果动态图像采集软件在Visual C++6.0环境下结合MIL-LITE函数库实现.根据水果实时自动检测和分级的特点及功能要求,提出了群体水果动态图像的时间序列连续场扫描采集方法,在来自于水果运动状况检测传感器的外触发信号的触发下,计算机视觉系统采集从时间t1到时间tn期间视场内连续运动的水果图像,这些渐进的时间序列水果图像在计算机内被综合后即可检测视场内的每一个水果的外观品质指标,用于分级控制.试验结果表明,该系统可在外界输入信号的触发下,以每秒12帧的速率实时采集群体水果的动态图像,研究结果达到了预期的目标.     

基于积分I+模糊PD并行的果蔬高速抓取控制

为实现农业机器人高速无损抓取和采摘果蔬,提出基于积分I+模糊PD的并行抓取控制算法.该算法将设定力和抓取果蔬实际力的偏差作为力控制器的输入,控制器生成末端执行器系统的位置控制指令,随着力偏差减小,实现末端执行器抓持果蔬过程的自适应变速控制,可以快速稳定地控制果蔬和末端执行器之间的接触夹持力,克服果蔬抓取变形和刚度变化对力控制器的影响.试验证明:积分I+模糊PD并行控制算法可以使力控制器借助人类抓取果蔬的经验和知识确定合适的控制量对抓持力偏差进行在线补偿,使控制器获得响应快速、超调量小和调节时间短的控制性能,减小果蔬抓取损伤,是适合番茄等软果蔬高速抓取的一种控制方法.     

原位内生根方法测定枇杷树细根呼吸的研究

[目的]探索一种原位沙培内生根的根呼吸测定方法,并同离体测定方法相结合观测成熟枇杷[Eriobotrya Japonica(Thunb.)Lindl.]果树的细根呼吸。[方法]将枇杷细根放入装有洗脱了有机质河沙的根室内培养11 d后,分别在5个时间点每隔2 h用Li-8100CO2测定系统(Licor,USA)测定内生根的CO2排放量。[结果]所有内生根样品直径范围在0.69~2.15 mm,非内生根样品直径范围在0.66~1.70㎜;根呼吸速率在近地表温度20.5~30.5℃和0~5㎝土层温度15.9~23.3℃范围内测定的平均值为7.52±4.96 nmol/(DM2·s),非内生根离体测定值1.76±0.20 nmol/(DM2·s),内生根法原位测定值是非内生根离体测定值的3倍。[结论]内生根方法通过改进可以用于成熟林木细根呼吸乃至其他代谢活性研究。     

原位内生根方法测定枇杷树细根呼吸的研究

[目的]探索一种原位沙培内生根的根呼吸测定方法,并同离体测定方法相结合观测成熟枇杷[EHobotryaJaponica（Thunb．）Lindl．]果树的细根呼吸。[方法]将枇杷细根放入装有洗脱了有机质河沙的根室内培养11d后,分别在5个时间点每隔2h用Li-8100CO：测定系统（Licor,USA）测定内生根的CO：排放量。[结果]所有内生根样品直径范围在0．69～2．15mm,非内生根样品直径范围在0．66～1．70mm;根呼吸速率在近地表温度20．5～30．5℃和0～5cm土层温度15．9～23．3℃范围内测定的平均值为7．52±4．96nmol／（DM^2·s）,非内生根离体测定值1．76±0．20nmol／（DM^2·S）,内生根法原位测定值是非内生根离体测定值的3倍。[结论]内生根方法通过改进可以用于成熟林木细根呼吸乃至其他代谢活性研究。     

电化学传感器水果成熟度检测技术的研究

提出了一种基于电化学乙烯传感器的水果成熟度检测系统,通过实时检测水果释放的乙烯气体浓度来评判水果成熟度。该系统主要由电化学乙烯传感器、微处理器电路、微型真空泵和气室等构成。微处理器电路接收电化学传感器感测到的水果释放乙烯气体产生的电流信号,乙烯气体质量浓度检测结果直接显示在触摸屏上。通过4种质量浓度分别为2.99、4.99、8.01、10 mg·L~(-1)标准乙烯气体响应试验,建立了乙烯气体质量浓度与电化学传感器响应信号之间的定标曲线,乙烯气体质量浓度在0~10 mg·L~(-1)范围内,与电化学传感器响应信号相关系数为0.998 14,理论最低检出限为0.86 mg·L~(-1)。采用水果成熟度检测系统对不同成熟度的苹果释放的乙烯气体质量浓度进行了检测试验,结果表明该系统能对不同成熟度的水果进行有效区分和评判。     

狗牙根种质资源的根系分布特征及抗拉强度研究

为比较不同狗牙根种质资源的固土护坡能力,研究了不同狗牙根的根系分布特征及抗拉强度,结果表明:狗牙根的根系集中分布在0～10 cm土层,其根长密度和根重密度随土层深度的增加而减少,C2的根长密度和根重密度均优于C1和C3.3份狗牙根材料的平均根直径均小于1.0 mm,C2的有效根密度最大;狗牙根的根系抗拉强度均随根系直径的增加而减小,3份材料的根系最大抗拉强度的峰值均出现在根系直径小于0.4 mm径级,表明细根的固土护坡能力较粗根好,3份材料中C2的根系平均抗拉强度最大.从3份狗牙根材料中初步筛选出较适宜做护坡的狗牙根为C2.     

ERW钢管相控阵无损检测改进

ERW钢管焊缝中常见的缺陷有超标的毛刺台阶、未熔合缺陷(冷焊)、裂纹缺陷、夹杂物等,而相控阵检测技术具有缺陷检出率高和缺陷显示直观等优点。在不同直径钢管试块上刻制不同的缺陷,采用大尺寸、小尺寸平直契块和曲率契块进行缺陷探测,重点研究了直径?323.9mm和?356.6mm钢管缺陷。研究结果表明,小尺寸、频率较高的探头和楔块的检测效果最佳。     

基于能量守恒的柔性脱粒动力学分析

为降低刚性脱粒滚筒的刚性冲击所带来的水稻籽粒破损,基于能量守恒定律,分析并设计了一种作用柔和、冲击力相对刚性滚筒小的柔性脱粒滚筒.结果表明,脱粒过程中将脱粒齿质量看作集中于齿端时,其脱粒相当质量为脱粒齿总质量的33/140,柔性脱粒能降低打击力.对脱粒齿打击过程进行有限元分析,并对解析值与数值解进行了比较,两者拟合性好,说明所设计的柔性滚筒符合降低打击力、减少谷粒破损的要求.     

冬小麦根系形态性状及分布

【目的】了解冬小麦根系形态的动态分布规律,为优化根系构型、提高小麦产量潜力提供参考。【方法】本研究借助于微根管技术,对冬小麦根系生长至消亡过程中的根长密度、根尖数、表面积、直径和以根长为基础的根系生长速率进了原位监测。【结果】冬小麦根系的根长密度和根尖数均在拔节期达到最大值,根表面积和直径在抽穗前达到最大值;收获1周后,其根长密度、表面积和根尖数开始大幅降低;10—40 cm土层根系的平均直径较大,根长密度的最大值出现在30—40 cm土层;冬小麦绝大多数根系的直径（RD）小于0.5 mm,0.1 mm＜RD≤0.25 mm区间的根长密度是其它区间之和的1.3—2.1倍;返青至拔节前期,0—40 cm土层的根系增长速率最为显著,拔节中后期40—80 cm土层则显著增大。【结论】返青至抽穗期冬小麦的根系生长最旺盛,其生长重心也逐渐下移,收获后死亡节律滞后。深层根系的直径较小,0.1 mm＜RD≤0.25 mm区间的细根是冬小麦根系的主要组成部分。     

基于多模光纤束传感器结构的激光诱导荧光检测系统的光路设计

基于反射型激光诱导荧光检测技术,对激光诱导荧光光纤束传感器检测系统的光路进行了设计与分析,重点探讨了光纤探头中光线轨迹问题.该检测系统利用多模光纤束传感器将激光垂直照射到待测样品上,再把样品发出的荧光信号采集到光电倍增管,将光信号转换为电信号,再通过光子计数器和A/D转换后供计算机实时采样.以荧光素钠为试剂,作为检测物质对该检测系统的灵敏度进行评价,在检测池尺寸为35 mm×15 mm时,最小检出限达到3×10-12mol/L,同时得到检测物质的荧光信号强度与溶液浓度成线性关系.由此认为这是一种性能比较优越的检测系统,有利于提高抗干扰能力和检测灵敏度.     

水稻钵苗柔性夹持拔苗装置的设计与试验

针对试制的2ZP–10型水稻钵苗抛秧机拔苗损伤率高和秧苗株距不准确的问题,设计了钵苗柔性夹持拔苗装置替代原有拔苗装置。该装置由秧盘输送带、柔性同步带夹持器、秧盘回收装置和钵苗承接输送带组成,通过同步带上柔性材料微小变形所产生的柔性夹持力拔出钵苗。在自制的水稻钵苗柔性夹持拔苗装置试验台上,以深两优5814水稻秧苗为试材,对影响秧苗损伤率、漏拔率及秧苗株距合格率的夹持间隙、夹持柔性材料、起拔角进行单因素试验和多因素正交试验。结果表明,对秧苗损伤率、漏拔率及秧苗株距合格率影响大小依次为夹持间隙、夹持柔性材料、起拔角;当夹持间隙为0 mm、夹持柔性材料为海绵、起拔角为30°时,秧苗损伤率、漏拔率、秧苗株距合格率分别为2.00%、5.00%、91.00%,是实现水稻钵苗柔性拔苗作业的最优组合。     

菠萝采摘机械手结构设计与试验

为解决菠萝采摘劳动强度大,效率低等问题,本研究基于菠萝的物性特征和生长特点,提出一种先抓取后掰断菠萝果柄的菠萝采摘方案,进而对机械手关键结构展开设计。在完成机械爪、拉杆部件和推杆部件结构尺寸设计和受力分析的基础上,探讨了各结构设计的合理性,并确定抓取菠萝的拉力和掰断菠萝果柄的推力分别为31.7 N和23.4 N,远小于成人手握力,满足设计要求。由田间试验结果表明:在单人操作采摘的情况下,机械手可实现抓取并掰断菠萝果柄的采摘动作,抓取成功率为100%,采摘成功率超过80%,平均采摘时间最短为13.5 s,验证了采摘方案可行性和机械结构设计的可靠性,研究结果为全自动菠萝采摘装备关键结构和动力参数设计提供参考依据。