脱绒棉种分选关键技术研究现状——基于机器视觉技术

棉种的优劣直接影响棉花的产量和质量,而机器视觉技术在种子的检测与分级中发挥重要的作用.为此,基于机器视觉技术,分析了脱绒棉种分选系统在硬件方面关键技术的研究现状,总结了脱绒棉种在图像处理中的分选算法,并随着分选的自动化与智能化的不断提高,提出了今后的发展趋势.     

棉种分选加工工艺及设备

棉种是棉花生产最基本的生产资料,棉种分选加工则是提高棉种质量和商品性的重要手段。本文以新疆石河子开发区天佐种子机械有限责任公司的棉种分选加工生产线以及石河子大学机械电气工程学院种子精选分级实验室中的相关棉种加工设备为例,简要阐述了棉种分选加工过程中涉及的分选原理和相关设备,并对相关设备的工作过程及主要特点进行了阐述,以期能为相关企业棉种分选加工工艺的制定及设备的选择提供参考。     

基于FPGA的脱绒棉种色选机实现

通过对当前脱绒棉种分选实现方法的对比,给出了一种双CCD(Charge-coupled device)检测FPGA(Fieldprogrammable gate array)分选实现的方法。通过图像采集模块、数据传输模块和分选模块的分析与设计,结合仿真分析和测试试验,验证了色选机系统效果。其中,图像采集模块采样彩色线阵CCD对脱绒棉种进行成熟度信息采集、黑白线阵CCD对棉种进行完整度信息采集;数据传输模块完成采集数据的传输任务;分选模块依据成熟度和完整度信息对棉种进行判别分析。试验结果表明,色选机系统能够完成对棉种特征信息的采集、数据传输以及分选判别工作,能够满足色选机设计要求。     

基于FISHER模型的棉种分色研究

利用棉花种子表皮光学特性,对颜色不正常、表面有缺陷或内部变质的疵品及杂物进行分选是一种有效的方法。研究棉种分色模型是研制自动化棉种分色机械的基础。为此,通过提取彩色棉种图片的RGB分量,利用Fisher准则对RGB分量特征值进行提炼,建立了棉种的分选模型。试验表明,该色选模型可以对棉种进行有效分选,其分选精度达到97.2%。     

玉米种子实时检测分选装置设计与试验

针对我国玉米种子人工分选效率低、错分率高、缺少自动检测分选装置等问题,设计了一种玉米种子实时检测分选装置。该装置由进料单元、检测单元、分选单元和控制系统组成。下位机采用MSP430,与上位机实时通信,并控制分选执行机构,上位机采用Matlab 2014b软件对玉米种子图像进行实时处理,并输出识别结果。为了便于采集玉米种子图像,设计了种子分离机构。根据霉变玉米种子与正常玉米种子表面颜色的差异,设计了一种基于HSV颜色空间划分的玉米种子识别算法,并提出了一种玉米种子排序策略,实现了玉米种子的精确分选。该装置对单幅图像的采集和处理时间约为0.7 s,分选速率最高为680粒/min,霉变玉米种子识别准确率为100%,裝置总体分选准确率不低于94%。该装置实现了从玉米种子进料到分选的全自动化,能够对霉变玉米种子进行实时检测和分选。     

脱绒棉种活力检测系统的设计与实现

为了实现脱绒棉种活力的快速无损检测,利用VS2010和Open CV混合编程方式开发一套脱绒棉种活力在线检测系统分析软件,应用BP神经网络原理构建活力预测模型。软件系统主要包括图像采集模块、参数记录模块、图像处理分析及活力检测模块,主要实现了图像采集、图像特征提取与分析、脱绒棉种活力预测及参数记录等功能。选取新陆早50、鼎丰10号、神农11号3个品种进行活力预测试验,准确率分别达到90.29%、84.27%、8 6.8 0%。软件系统的开发为脱绒棉种活力实现快速无损检测分级奠定了基础。     

基于计算机视觉的玉米单倍体自动分选系统

研究了一种玉米单倍体籽粒分选方法,可自动分选具有Navajo标记的玉米单倍体籽粒。分选系统主要由种子输送单元、图像采集处理单元、分拣卸料单元及系统控制单元组成。图像采集处理单元根据玉米籽粒胚部及胚乳顶部的颜色特征进行单倍体籽粒判断,并将判断结果发送给系统控制单元。系统控制单元根据该结果协调种子输送单元及分拣卸料单元机械臂的运动,实现籽粒位置定位,同时开启与机械臂末端相应电磁阀,采用气吸方式分离杂合体籽粒,系统分拣速度可达     

棉种介电分选的试验研究

介电分选是一种新型的种子分选方法,具有结构简单、适应性强、分选效果好和可按种子活力进行分级的特点.电导率是反映种子活力的一个重要指标,分选电压是影响介电分选效果的一个重要因素,为了探讨电导率与分选电压之间的关系,介绍了棉种介电分选的原理,并在不同的分选电压条件下对棉种电导率进行了测定,同一条件下重复测定5次,所得数据用DPS统计软件进行分析处理.结果表明,分选电压对棉种电导率有影响,且回归效果显著.     

新型介电式棉种分选机的设计与试验

简述了现有介电式分选机的结构特点,介绍了一种新型介电式棉种分选机.新机型减少了种子在分选滚筒上的跳动,使具有相同介电常数的种子受到基本相同的极化力,缩短了种子从过渡到稳定极化的时间.分选试验结果表明,新型棉种分选机能提高棉种的发芽率.     

在线式玉米单粒种子检测分选装置设计与试验

针对农业生产中种子精选的需求,设计了在线式单粒种子检测分选装置,实现流水线式种子上料、检测和分选。该装置由上料装置、检测单元、分选单元和控制系统组成。上料装置通过两级振动实现籽粒的平铺,配合传输带完成籽粒的单粒化。检测单元由高速工业相机实时获取种子图像,并传送至上位机检测分析。控制系统根据检测结果和种子在图像中的位置,控制分选单元完成分选。利用搭建的装置采集了1200粒正常种子、1200粒霉变种子和1200粒破损种子的图像,使用HALCON软件提取了单粒种子的18个颜色和12个形态特征,通过偏最小二乘判别分析法进行判别分析,分别构建了种子霉变和破损的检测模型,并利用搭建的装置和模型进行了验证试验。试验结果表明：在线式单粒种子检测分选装置分选速率大于300粒/min;其中霉变种子的分选准确率高于95%,破损种子分选的准确率高于89%。     

基于改进YOLO v4的群体棉种双面破损检测方法

针对研究人员难以利用计算机视觉对棉种这类尺寸较小的物体进行双面检测,导致检测效果不佳的问题,设计了一款新型棉种检测分选装置,利用亚克力板在强光和白色背景下透明的特点,将棉种通过上料装置滑入透明亚克力板的凹槽中,随着转盘的转动,同一批棉种的正反两面图像分别由2个不同位置的CCD相机采集得到.利用改进YOLO v4的目标检...     

小型多功能种子筛选装置的研制

为解决水选法可选出饱满种子,但不宜用于选除因受到物理性损伤而破碎的种子、机选法能够选出完好种子但会对种子造成一定的损伤及完整却不饱满的种子难以选除的实际,在现有种子筛选装置的基础上,确定了小型多功能种子筛选装置的总体方案,并完成了筛选、动力等关键部件的设计,设计出一款集水选法、机选法于一体且对不同种子适用的小型种子筛选装置。运用三维软件对种子筛选装置进行建模分析,以验证设计的可靠性。试验结果表明:经过机械筛选,继续采用隔水筛选法筛选种子,可获得较高质量的种子;在完成机械筛选后,继续采用筛选水分离法筛选种子,可以获得较高质量的种子。     

棉种摩擦带电特性的测定

摩擦带电特性研究对大粒种子有效的清选分级和农业物料的储存和运输过程中的防灾减灾具有十分重要的意义.为此,对3个品种的棉种进行了不同水分和不同摩擦倾角的摩擦带电特性研究,分别建立了摩擦电荷与棉种水分、摩擦倾角的关系,并分析了其成因.研究表明,棉种的摩擦电荷与水分成反比关系,与摩擦倾角成2次曲线关系.     

种子风力筛选机分离室内气固两相流仿真与优化

分离室是种子风力筛选机的重要组成部分,对其室内气流和种子进行气固两相流仿真研究具有重要的工程意义。为此,利用Fluent软件中RNG k-ε湍流模型计算分离室内的气流场分布,在此基础上采用DPM(Discrete Phase Model)模型模拟分离室内饱满种子和轻质杂质运动状态。基于该分离室两相流模型,分析不同的种子喂入量、风门开度和离心风机频率对清选分级效果的影响,并通过正交仿真试验,计算最优工作参数。该研究可为基于气体动力学工作原理的农用机械优化设计提供参考。     

基于CFD的牧草种子收获机沉降箱体改进设计与试验

现有牧草种子收获机在收获牧草种子时,其收获总损失率与破碎率较高,杂质清选效果差,沉降不充分。为了解决上述问题,在现有沉降箱的基础上进行理论及结构分析,结合具体需求及整机结构外形来改进沉降箱清选结构,设计了一种圆弧减速挡板,减小了种子受到的冲击力,调整了挡板的大小以及位置,使得更多的种子经过沉降进行清选,提升牧草种子收获的质量合格率。通过计算流体动力学仿真对沉降分离装置的内部流场进行了仿真模拟,选择雷诺应力模型和DPM模型分别对气相和固相进行模拟得到气流场分布图和颗粒场的运动轨迹图。结果表明设计的圆弧减速挡板对比折线降速挡板的结构提升了种子沉降率,并减小了种子破碎率,并且在入口风速提高时,提高了箱底种子捕获率。通过牧草种子收获机收割苜蓿实地试验,分别对比了无挡板以及折线减速挡板的收获合格率。结果表明,采用圆弧减速挡板的沉降箱收获种子时沉降损失率为0.19%,破碎率为0.9%,均达到相关行业标准,证明了该装置的有效性。     

新疆棉花小区精量播种机的设计

基于新疆棉花小区育种的现有模式,针对育种时存在的播种手段落后、劳动强度大、作业效率低、无专用播种机具等问题,以新陆早42号脱绒棉种为作业对象,设计了一种可在地膜上实现点播播种、轻松清种、漏播监控报警和漏播点标记提醒等功能的棉花小区精量播种机。介绍了机具的整体结构及工作原理,并阐述了关键部件的设计及选型,且简述了播种监控报警系统的控制流程。最后,通过田间试验验证了该机具的基本性能,解决了棉花小区播种无专用机具的问题,旨在提高棉花小区播种效率、降低劳动强度、保证播种的一致性。     

融合光电色选的皮带筛式油茶果壳籽分选机设计与试验

针对油茶果批量脱壳后壳籽混杂、人力分选效率低的问题,研究设计了一种融合光电色选的皮带筛式油茶果壳籽分选机。根据油茶果壳、籽与倾斜传送带间摩擦角、碰撞系数的差异,设计振动皮带筛进行初分选;利用两者灰度差异,对壳中残留籽进行二次光电分选。对皮带筛上油茶果壳、籽进行运动学与动力学分析,发现皮带倾角、皮带速度和振动频率是影响振动初分选率的主要因素;以籽箱清洁率、壳中含籽率为试验指标,开展正交旋转组合试验。当皮带倾角为19°、皮带速度为1.50m/s、振动频率为55.40Hz时,其籽箱清洁率为95.52%、壳中含籽率为24.30%,对最优参数进行试验验证,优化结果可靠。对不同茶籽比率的物料进行光电分选试验,结果表明籽箱清洁率稳定在98.23%左右,壳中含籽率保持在2.34%左右,说明光电分选可准确识别并分选出混杂物料中的油茶籽。对整机进行最优参数试验验证,该机两籽箱茶籽平均清洁率可达97.55%,壳箱中含籽率为3.27%。试验结果表明,此油茶果壳籽分选机可实现油茶果壳、籽的高效分离。     

MT-1型棉桃破壳机的研制与试验

介绍了一种棉桃破壳机,主要由挤压破壳装置、分离装置和输送装置等部分组成。它将未吐絮的棉桃机器采摘后进行破壳,然后将籽棉和棉壳分离,获得品质良好的籽棉。对研制的样机进行现场试验,结果表明:该机具生产效率高,可以达到11.5t/h,破壳率达到99.5%,籽棉和棉壳分离率达到98.6%,机具具有工作可靠、结构简单和使用方便等特点,能够满足棉桃破壳的工艺要求。