单穗玉米水分、质量连续测量及封装系统设计

设计了基于电容式水分测量装置的考种设备,可以自动连续测量单穗玉米籽粒的水分、质量的数据,并对测量完的整穗玉米籽粒进行封装喷码。整机由斗式送料机构、电容式水分测量仪、翻转模块、封装机及控制部分组成。根据整机的工作原理,采用带传动和料斗组合实现籽粒的输送,LDS-1G型电容式水分测量装置来获取籽粒水分、质量参数;配备自动封装的模块,利用SIEMENS LOGO!逻辑控制器来实现各个环节的控制,配合籽粒参数的测量。针对玉米籽粒试验验证表明:其最大测量速度为12s/穗,处理最大通量可达7 200穗/天。     

利用骨架特征信息的粘连谷粒图像分割方法

针对长宽比大的粘连谷粒图像精确分割问题,提出利用图像骨架粘连点位姿信息的粘连谷粒图像分割方法,相比常规分水岭算法提高了准确性和可靠性。在图像平滑、二值化的基础上提取谷粒的骨架信息,采用SPT算子定位骨架粘连点位姿并进行粘连点延展闭合。针对不同粘连程度的谷粒图像,将本文算法与传统分水岭算法进行了对比测试,结果表明本文算法对于复杂粘连情况具有较强的适应性。当谷粒为长宽比在1.5以内的大豆和玉米时,本文方法和分水岭算法效果类似。然而,当谷粒长宽比大于1.5,分水岭算法出现大量欠分割和过分割现象,识别错误率达到75%,本文算法依然可控制在10%以内。     

粘连玉米籽粒图像的自动分割方法

以玉米籽粒为对象,提出了一种基于公共区域和籽粒轮廓寻找分割点的方法,实现了粘连玉米籽粒图像的自动分割.对于两个相互粘连的籽粒,在对粘连目标进行连续腐蚀-膨胀处理过程中,相互接触籽粒会形成公共区域,将公共区域与任意一个籽粒轮廓进行交集运算后,得到一段不封闭的曲线,曲线段的端点作为分割点,再运用Bresenham画线算法生成分割线,将这两个籽粒分离.对于大量粘连的籽粒,采用同样的方法,以"剥离"方式可将籽粒逐个分离出来.对100组粘连籽粒图像进行算法测试,分割正确率为96%,分割后的籽粒边界较为平滑,变形较小.     

基于机器视觉的胡麻种子自动化考种方法

[目的/意义]胡麻种子的周长、面积、长短轴和千粒重是胡麻考种过程中常用的参数,对于胡麻的育种、栽培,以及种子品质和性状的评估都具有重要的意义。[方法]针对胡麻种子自动化考种时出现的数据统计错误率高、效率低等问题,基于机器视觉研究胡麻种子的轮廓特点、探索形态特征的测量方法,针对籽粒重叠现象提出基于融合角点特征的轮廓拟合图像分割方法,设计胡麻种子自动化考种数据实时分析系统,最终实现胡麻种子自动化考种的研究。本研究在工业相机获取的胡麻种子图像上进行试验。[结果和讨论]提出的自动化考种方法对不同品种胡麻种子的统计识别准确率达97.28%,百粒种子平均处理时长69.58 ms,相较于极限腐蚀算法、基于距离变换的分水岭算法,平均计算准确率比极限腐蚀算法提升19.6%,平均运算时间低于直接使用分水岭算法所需时间。[结论]自动化考种方法具有更好的计算准确率和处理速度,能够更准确地批量获取胡麻种子的形态学特征参数,使测量误差能够保持在10%以内,可为今后胡麻考种相关工作提供技术支撑,助力相关产业发展。     

基于分水岭和改进MRF的马铃薯丁粘连图像在线分割

针对马铃薯丁粘连图像分割问题,提出一种融合分水岭和改进马尔科夫随机场（MRF）的分割方法。分水岭方法可以将粘连图像分割为若干一致性较好的区域,恰好有利于MRF进行标记,同时,针对实际应用中区域势团势能不一致的情况,通过改进势函数确定MRF的条件概率,使其在全局上具有一致性,从而解决粘连分割问题。用分水岭方法对图像进行初始分割,将图像转化为块状表示。综合考虑初始分割区域的相对高度和面积,用改进的MRF标记正确分割区域和过分割区域。计算过分割区域与邻域的紧密度,选择紧密度最大的邻域并与之合并。试验结果表明,该方法在继承了分水岭方法优点的前提下,解决了过分割的问题,正确率为95%。     

基于YOLO v7-ST模型的小麦籽粒计数方法研究

针对小麦考种过程中籽粒堆积、粘连和遮挡现象导致计数准确率低等问题,本文基于电磁振动原理设计了高通量小麦籽粒振动分离装置,通过分析受力探讨了籽粒离散分离程度的主要影响因素,并引入二阶离散系数建立了籽粒离散度等级评价方法。在此基础上,引入Swin Transformer模块构建YOLO v7-ST模型,对不同离散度等级下小麦籽粒进行计数性能测试。试验结果表明,YOLO v7-ST模型在3种离散度等级下平均计数准确率、F1值和平均计数时间的总平均值分别为99.16%、93%和1.19 s,相较于YOLO v7、YOLO v5和Faster R-CNN模型,平均计数准确率分别提高1.03、2.34、15.44个百分点,模型综合评价指标F1值分别提高2、3、16个百分点,平均计数时间较YOLO v5和Faster R-CNN分别减少0.41 s和0.36 s,仅比YOLO v7模型增大0.09 s。因此,YOLO v7-ST模型可实现多种离散度等级下不同程度籽粒遮挡和粘连问题的准确快速检测,大幅提高小麦考种效率。     

玉米自动考种流水线控制系统设计——基于MCGS嵌入式组态软件

针对现有玉米考种技术考种对象单一、考种效率低下的现状,研发出一种基于MCGS嵌入式组态软件的玉米自动考种流水线控制系统。整套控制系统由MCGS嵌入式组态软件和FT-RS-0808继电器控制模块结合控制,通过RS485通讯串口实现数据传输。使用MCGS嵌入式组态软件编写循环控制策略程序,根据考种流水线中各传感器实时检测的感应信号,判断并控制考种线设备运行,可实现从玉米果穗至玉米籽粒考种性状的自动、有序采集。试验结果表明:该系统连续作业时考种效率可达5~6穗/min。     

传统图像分割算法在农作物籽粒考种应用中的研究进展

传统图像分割算法以时间、空间复杂度低等优点在农作物籽粒考种领域中有着广泛的应用。对传统分割算法在农作物表型获取过程中的应用进行研究,首先阐述Otsu、分水岭、边缘检测、SLIC算法以及凹点分析算法的算法原理,对种皮颜色灰度均匀、形状不同的农作物籽粒,以“问题—方法”的模式阐述不同算法在应用中存在的问题以及相应的解决方法;接着将算法基于阈值、区域、边缘、聚类、凹点整合为五大类,对算法的分割效果、优缺点及其适用范围进行比较研究;最后,剖析农作物籽粒图像分割应用研究存在农作物种类覆盖度不够宽泛、图像分割精度不高、技术通用性不高等问题,并从算法精度提高、重叠遮挡处理等方面对未来的研究进行展望,以期为农作物籽粒考种过程中的图像分割研究提供参考。     

基于机器视觉的玉米果穗性状参数测量方法研究

在玉米育种、田间测产和提高玉米产量的过程中,均需要对玉米果穗考种,即需要对玉米果穗的穗长、穗粗、穗行数、行粒数和穗粒数等性状参数进行测量。人工考种不仅花费大量的人力物力,而且在考种过程中普遍存在人工劳动强度大、观测效率低、人为干扰导致测试结果不客观及不准确等问题,在很大程度上限制了考种的速度与精度。针对上述问题,利用所研制的自动考种设备和机器视觉方法,通过USB工业相机获取玉米果穗单面性状彩色图像,利用|B-R|模型、（G+B）/2模型将彩色图像分别进行灰度化,利用改进后的一维最大熵阈值分割方法对灰度图像进行二值化,分别得到果穗轮廓二值图像和果穗特征二值图像;通过轮廓二值图像计算果穗放置后的倾斜角,实现果穗轮廓二值图像和特征二值图像的自动纠偏;通过相机标定,得到单位像素对应的实际值,进而得到穗长及穗粗;通过提取局部籽粒特征二值图像,利用水平黑背景点扫描及对扫描曲线的修正获取穗行宽度,通过穗行数修正模型得到果穗的穗行数;通过提取局部单行籽粒特征二值图像,利用垂直黑背景点扫描及对扫描曲线的修正得到行粒数;根据行粒数和穗行数得到穗粒数。试验结果表明,穗长和穗粗平均测量精度分别为98.05%和97.99%,穗行数测量正确率为95%,行粒数平均测量精度为96.29%,穗粒数平均测量精度为95.67%,和实际值相比,穗粗、穗长、行粒数及穗粒数的测量值差异无显著性。单穗玉米果穗机器视觉平均测量速度为600ms/穗,考种设备测量速度为6s/穗,能够满足自动考种设备的使用需求。     

基于流域算法的谷物籽粒图像分割技术

为解决谷物外观品质检测过程中获取图像的籽粒粘连问题,提出了一种基于先验知识的流域分割算法。首先,设定合理的区域面积阈值Ath,标记并去除图像中的单个籽粒区域,结果记为M;然后,设定有效腐蚀次数Eth,对粘连籽粒区域进行流域分割,结果记为Mc;最后,取Ms与Mc的并集,作为分割结果。试验结果表明,该算法分割效果较好,分割精度达到95．4％。     

基于CT图像和RAUNet-3D的玉米籽粒三维结构测量

玉米籽粒构成和精细结构与玉米产量及品质直接相关。本文提出一种基于CT图像的玉米籽粒三维结构自动测量方法,快速提取、统计玉米籽粒成分和结构性状,评估不同玉米品种籽粒间性状差异。首先,利用Micro-CT获取批量玉米籽粒CT图像,通过Watershed算法准确分割出单颗籽粒;进而,设计基于注意力机制RAUNet-3D网络准确提取出籽粒胚;最后,建立自动化玉米籽粒表型管道,计算籽粒、胚、胚乳和空腔的共23项性状,用于玉米籽粒性状分析和品种鉴定。选取4个玉米品种籽粒（登海605、京科968、先正达408和农华5号）共120颗籽粒进行验证,结果表明籽粒CT扫描成像效率提高到1min/粒,籽粒表型提取效率为10s/粒,胚分割精度可达93.4%,粒长、粒宽和粒厚的R2分别为0.902、0.926和0.904,籽粒品种分类精度达90.4%。本文方法实现了玉米籽粒及其胚、胚乳、空腔三维结构无损、快速测量,提取的性状能够表征不同玉米品种籽粒间表型差异,为开展大规模玉米籽粒三维表型鉴定奠定了基础。     

基于计算机视觉的玉米籽粒形态测量与研究

视觉技术目前被广泛应用于社会各生产领域,包括制造行业、文档分析、医疗诊断及农业品质检测等。为此,基于计算机视觉技术,设计出一种玉米品质自动检测分析方法,即玉米籽粒实时分析系统,具有客观、高效、准确的优势,解决了传统人工检测模式下主观、低效、误差大等问题。最后,设计出一种基于计算机线扫描技术和自动化控制技术相结合的玉米籽粒考种装置。     

玉米果穗粘连籽粒图像分割方法

为了对基于图像的玉米果穗穗粒数进行更精确的计算,给出了一种新的粘连籽粒图像分割方法。对粘连二值图像进行轮廓平滑和欧氏距离变换,将粘连籽粒的距离变换图视为地形学上的地形图,以地形图中的山谷线作为粘连二值图像的分割线。将欧氏距离变换图像的边界像素点视作水源点,根据山谷形态两边高、中间低的地形趋势设定水流的行进规则,使得水流在遇到山坡时自动绕行,但在遇到谷口点时可沿山谷线流动,从而将粘连籽粒分割开。该方法对单个未粘连籽粒不产生影响,不必在分割操作前依靠人工设定阈值进行籽粒是否粘连的判断,可以作为籽粒是否存在粘连的判断方法。用该方法对442个含不同粘连情况的籽粒连通分量进行判断与分割测试,粘连判断准确率为99.7%,粘连籽粒的分割准确率为94.9%。     

基于小波分析的玉米籽粒图像正形研究

近年来,通过对玉米籽粒的尺寸、外形、色泽等方面的研究,已获得了一些必要的单籽粒的视觉信息。但是,对于粮食作物而言,只有实现了作物籽粒的大规模、快速识别,才有可能在实际生产中得到广泛应用。为此,采用图像标记法,对含有众多的、散放的玉米籽粒图像进行处理,对标记图像中的像素进行逻辑判断,采用多尺度小波分析算法,实现籽粒分割、定位及正形。     

计算机视觉技术在玉米种子自动检测中的应用

玉米种子的品质关系到后期玉米种植收获的好坏,也是玉米收获后的重要加工环节,一般在收获的玉米中挑选出品质优良的作为种子。利用计算机视觉对玉米种子品质进行挑选,具有效率高、准确度高的优势,可代替传统的人工作业,节省了大量劳动力。计算机视觉技术是通过对玉米种子采集的图像进行格式转换、图像变换、图像直方图信息统计、图像增强、图像分割及形态学处理等一系列图像预处理技术,并提取有效图像进行分析验算。计算机视觉技术对玉米种子品质的研究主要表现在玉米种子的品种、纯度、活力、裂纹等方面的检测,本文对玉米种子的检测智能化进行了阐述,为后期研究提供参考。     

基于Micro-CT的玉米籽粒显微表型特征研究

植物显微表型主要是指植物组织、细胞和亚细胞水平的表型信息,是植物表型组学研究的重要组成部分.针对传统籽粒显微性状检测方法效率低、误差大且指标单一等问题,本研究利用Micro-CT扫描技术对5种类型11个品种玉米籽粒开展显微表型精准鉴定研究.基于对CT序列图像的处理解析,共获取籽粒、胚、胚乳、空腔、皮下空腔、胚乳空腔和胚...     

基于机器视觉的玉米种粒破损识别方法研究

针对玉米种粒在收获、脱粒、贮藏时因各种因素造成损伤和人工选种耗时耗力的问题,提出了一种基于机器视觉的玉米种粒破损检测方法。首先,利用图像获取装置得到单粒玉米种粒图像,通过差影法确定图像噪声种类,采用中值滤波方法对图像进行降噪;其次,标记图像边界,运用灰度阈值法完成玉米种粒图像分割。根据玉米种粒的形态特征分别提取玉米种粒的周长、面积、周长面积比、长轴长、短轴长、长宽比6个几何特征和矩形度、圆形度、紧凑度、7个Hu不变矩10个形状特征,共16个特征。完整玉米种粒和破损玉米种粒图像各50幅作为训练样本,将提取的16个特征分量作为输入量,对支持向量机(Support Vector Machine,SVM)进行训练,输出量为1、0,分别代表"合格""不合格",训练完成后获得玉米种粒的SVM识别模型;另取完整的玉米种粒和破损的玉米种粒图像各50幅作为测试样本,对训练好的SVM模型进行测试。结果表明:该检测方法对玉米种粒破损识别准确率达95%以上,识别100幅玉米种粒图像的时间为1.27s。研究结果为玉米种粒的实时破损检测提供了参考。     

玉米种子脱粒过程高速摄影观察分析

为优化差速式玉米种子脱粒机脱粒系统的有关参数,进而降低玉米种子在脱粒过程中的损伤,采用高速摄影方法对单个玉米果穗喂入与脱粒过程进行了观察分析.分析结果表明:果穗在开始喂入阶段,籽粒破碎大;在脱粒起始阶段,果穗撞击强烈,越到后段,撞击越弱;果穗在正常脱粒情况下,脱下籽粒多,籽粒运动轨迹可近似为沿直辊与果穗接触点的切线方向;而果穗非正常脱粒情况下,脱下籽粒少,籽粒运动规律呈杂乱状态,没有一定飞行方向;螺旋辊的转速偏大造成果穗的非正常脱粒加大,果穗的非正常脱粒会影响果穗的脱粒质量和脱粒效率.     

种子玉米生物力学特性与脱粒性能的关系研究

通过对3种类型(硬粒型、半马齿型、马齿型)种子玉米生物力学特性测定分析和挤搓式种子玉米脱粒试验,研究了种子玉米籽粒剪切与压缩特性、籽粒果柄断裂特性、玉米芯弯曲与压缩特性与种子玉米脱粒性能的关系。试验结果分析表明:种子玉米籽粒破碎率受籽粒最小破碎力影响较大,未脱净率受种子玉米籽粒果柄最小断裂力的影响较大,籽粒含杂率受玉米芯最小破裂力与最小断裂力的影响较为复杂;挤搓式脱粒原理适用于种子玉米脱粒。