便攜式動態玉米種子純度識別儀的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種便攜式動態玉米種子純度識別儀，包括上下箱體、傳動模塊、采集模塊、控制模塊、遮光板和收集袋；上下箱體包括上箱體、下箱體、二節導軌、上位自動彈簧鎖、下位鎖扣和一個提手；控制模塊由單片機、相機觸發線、步進電機驅動器、步進電機、電源、相機和傳送帶組成；動模塊包括傳送帶、帶輪、軸承、步進電機、齒輪、步進電機驅動器、傳送帶盒及傳送帶托軌；本發明應用于機器視覺識別動態玉米種子純度和品種試驗中玉米種子的圖像采集，解決了靜態玉米種子純度識別方法的不足，提供了動態玉米種子純度識裝置，并且可以攜帶適應流通現場作業。
【專利說明】便攜式動態玉米種子純度識別儀
一、【技術領域】
[0001]本發明涉及一種動態玉米種子純度識別裝置，應用于機器視覺識別動態玉米種子純度和品種試驗中玉米種子的圖像采集。
二、【背景技術】
[0002]在機器視覺識別玉米種子純度和品種的研究中，需要采集玉米種子原始圖像。現有技術通常將玉米種子經手工逐粒直立擺放到圓形孔洞板上再放置于采集箱中，然后手工對玉米種子擺放位置微調，之后對玉米種子原始圖像進行采集。但是采集箱不便于攜帶，難以適應流通現場作業，造成玉米種子純度識別場地受限。
[0003]現在市場流通的玉米種子純度識別系統大多是靜態的、單一的識別。此方法速度慢，工作效率低，多應用于科學研究，難以應用于快速檢測領域。因此構建一種動態的玉米種子純度識別系統，搭建機器視覺硬件裝置，設計圖像處理識別程序以實現玉米種子快速、精確定位及動態操作。
三、
【發明內容】
[0004]為解決上述靜態玉米種子純度識別方法的不足，本發明提供了一種便攜式動態玉米種子純度識別裝置，可攜帶適應于現場流通作業，可以用于機器視覺動態識別玉米種子純度與品種的圖像采集。
[0005]本發明采用的技術方案如下:
[0006]一種便攜式動態玉米種子純度識別裝置，包括上下箱體、傳動模塊、采集模塊、控制模塊、遮光板和收集袋的設計。
[0007]所述的上下箱體包括上箱體、下箱體、二節導軌、上位自動彈簧鎖、下位鎖扣和一個提手；下箱體右下角前板上開有入料口，后板上與開料口相對設有出料口 ；所述二節導軌的導軌殼分別固定在下箱體外部的四個邊上，其導軌芯固定在上箱體內部的四個邊上，上箱體可活動的套在下箱體外面，通過四個二節導軌的滑動，上箱體可以提起，整個箱體具有收縮特性；所述提手安裝在上箱體頂部；下箱體兩個側面的上邊緣中心位置分別安裝有上位自動彈簧鎖，上箱體兩個側面的下邊緣中心位置與上位自動彈簧鎖對應打孔，當上箱體提起時上位自動彈簧鎖扣通過中心孔彈出，支撐住上箱體；四個下位鎖扣分別固定在下箱體兩側的下邊緣上，當上箱體落下套在下箱體外面時下位鎖扣上鎖。工作時握住把手將上箱體通過四個二節導軌滑動向上提起，上位自動彈簧鎖扣通過中心孔彈出，支撐住上箱體，箱體伸長，不工作時握住把手將上箱體通過二節導軌向下滑動套在下箱體上，整個箱體高度下降，下位鎖上鎖，整個箱體穩定在一起；
[0008]所述的傳動模塊包括傳送帶、帶輪、軸承、步進電機、齒輪、步進電機驅動器、傳送帶盒及傳送帶托軌；傳送帶的一側均勻設有傳送帶凹槽，凹槽大小固定，間距固定，間距根據傳送帶周長與步進電機步距角的計算確定，凹槽開口朝向相機二方向即下箱體左側；每個凹槽大小形狀與單粒玉米相同；傳送帶托軌固定在下箱體內部右端，傳送帶盒通過傳送帶托軌安裝在下箱體底板上，傳送帶盒位于出料口與入料口之間，傳送帶盒可沿傳送帶托軌滑動；傳送帶套在主動帶輪和從動帶輪外面，主動帶輪和從動帶輪的兩端安裝在軸承上，軸承過盈配合安裝在傳送帶盒內部兩個相對的側板上；主動帶輪輪軸上套有一個齒輪，步進電機輸出軸套有一個齒輪；步進電機輸出軸的齒輪與主動帶輪上的齒輪嚙合；步進電機安裝在傳送帶盒內部兩個相對的側板上；步進電機驅動器固定在下箱體內部并與驅動電機連接。工作時步進電機驅動器驅動步進電機，步進電機輸出軸帶動的齒輪與主動帶輪上的齒輪嚙合帶動主動輪轉動，主動輪和從動輪帶動傳送帶轉動。傳送帶采用黑色毛面材料，毛面非鏡面反射表面保障合適的光照條件，黑色背景下的種子圖像目標清晰且避免暗影干擾。傳送帶的凹槽仿形玉米尺寸設計可以保障傳動過程玉米種子的穩定性，確保獲取穩定的玉米種子原始圖像。步進電機驅動器受控制模塊的控制，設定步進電機前進的步數使每個凹槽傳送到對應相機拍照的位置，可以準確獲取玉米種子原始圖像。傳送帶盒沿傳送帶托軌滑動，可以將傳送帶拉出箱體，用于放置玉米種子。傳送帶盒是在一塊傳送帶盒底板兩側垂直固定兩塊傳送帶盒側板組成；傳送帶盒一側出口與入料口連接，其另一側出口連接有收集袋，收集袋另一端固定在下箱體的出料口處。收集袋可收縮，工作時隨著傳送帶托軌的滑動而變動。收集袋用來收集采集圖像后的玉米種子，不工作時折疊放置，減少空間。
[0009]所述的采集模塊由相機一、相機一水平調節導軌、相機一豎直調節架、相機固定套、相機二、相機二水平調節架和相機二豎直調節架組成。相機一水平調節導軌殼固定在上箱體頂部；相機一豎直調節架可活動的安裝在相機一水平調節導軌上；相機一通過相機固定套可活動的安裝在相機一豎直調節架上；相機一可以沿相機一豎直調節架上下移動實現相機一的豎向調節，相機一水平調節導軌可以左右移動實現相機一的橫向調節。相機二豎直調節架安裝在下箱體左側的底板上，相機二水平調節架可活動的套在相機二豎直調節架上，相機二通過相機固定套可活動的安裝在相機二水平調節架上。相機二可以在相機二水平調節架上左右移動實現相機二的橫向調節，通過相機二水平調節架在相機二豎直調節架上的上下移動以實現相機二的豎向調節。
[0010]所述的控制模塊由單片機、相機觸發線、鋰電池、鋰電池底座組成，單片機固定在下箱體內部底板上，鋰電池通過鋰電池底座固定在下箱體內部底板上，單片機通過導線一端連接計算機，其另一端連接電源；所述的步進電機驅動器與步進電機和單片機連接；相機觸發線通過導線一端接電源，另一端分別與所述的相機一、相機二和單片機連接。單片機一方面控制步進電機驅動器驅動步進電機，帶動傳送帶工作，另一方面控制相機的觸發，使得當傳送帶相應凹槽的玉米種子到達指定位置時觸發相機對其進行拍照，實現動態采集玉米種子原始圖像。
[0011]所述的遮光板由成倒L型的上板和側板組成，其上板與下箱體底板平行且位于傳送帶上方，其側板底端安裝在下箱體底板上傳送帶盒左側。遮光板表面用黑色亞光噴漆噴涂，黑色背景下的種子圖像目標清晰且避免暗影干擾。遮光板上板和側板上分別開有通光孔，上板通光孔中心與傳送帶凹槽中心在一條直線上，側板通光傳送帶側面中心在一條直線上。相機一可以左右移動使相機一與上板通光孔中心在一條直線上、相機二可以上下移動使相機二中心與側板通光孔中心在一條直線上。朝向傳送帶盒的一側的通光孔四周布置有LED光源。遮光板一方面遮擋外部干擾光線，另一方面在其內部布置LED光源,為米集玉米種子圖像提供所需光照環境。
[0012]本發明的便攜式動態玉米種子純度識別儀在使用時，將上下箱體打開，調節相機一的位置使其中心正對在遮光板上面通光孔的中心，調節相機二的位置使其中心正對在遮光板側面的通光孔的中心，工作時需拉出部分傳送帶，在拉出的傳送帶上放玉米種子，通過傳送帶的實時運輸到下箱體內部，使用相機照相。打開電源供電，單片機控制步進電機驅動器驅動步進電機，步進電機帶動傳送帶轉動。單片機發送指令觸發相機一和相機二，當玉米種子隨傳送帶移動到指定位置，相機一對玉米側面拍照，相機二對玉米冠部拍照。采集完所有玉米種子圖像后，關閉電源，傳送帶隨著傳送帶盒與傳送帶托軌推入下箱體，拉出收集袋倒出玉米種子，調節相機歸位，降落上箱體并上鎖，完成全部操作過程，實現動態采集玉米種子原始圖像的功能，并便于攜帶，可以現場流通作業，可以減少箱體放置的空間。
四、【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明實施例的整機主視圖。
[0014]圖2為本發明實施例的傳送帶結構圖。
[0015]圖3為本發明實施例的遮光板結構圖。
[0016]圖4為本發明實施例的收集袋結構圖
[0017]圖5為本發明實施例的工作流程圖。
[0018]圖中:1.提手2.上箱體殼3.水平調節導軌4.豎直調節架5.相機固定套6.相機一 7.支撐導軌殼8.下箱體殼9.遮光板10.出料口 11.傳送帶12.傳送帶盒13.傳送帶托軌14.支撐導軌芯15.入料口 16.上位自動彈簧鎖17.移動電源18.相機二 19.水平調節架二 20.豎直調節架二 21.單片機22.下位鎖扣23.步進電機驅動器24.傳送帶凹槽25.遮光板通光孔26.LED燈條27收集袋
五、【具體實施方式】
[0019]以下【具體實施方式】用于說明本發明，但是不限制本發明的范圍。凡利用此構思對本發明進行非實質性的改動，均應屬于侵犯本發明保護范圍的范圍。
[0020]上下箱體的開合過程:上下箱體由二節導軌鏈接，工作時向上提起上箱體2，導軌7打開，上下箱體打開，上位自動彈簧鎖16上鎖，保障整機裝置工作狀態穩定。不工作時導軌閉合，上箱體下落，下位鎖扣22上鎖，便于攜帶。
[0021]傳動模塊工作過程:傳送帶托軌導軌殼13固定在下箱體8上，傳送帶托軌導軌芯上面固定傳送帶盒12，傳送帶盒里放置步進電機、帶輪及傳送帶，傳送帶凹槽下邊緣高于傳送帶盒的上邊緣。傳送帶做了特殊設計:在傳送帶一邊仿形玉米尺寸開凹槽24，另一邊不變以保障傳送強度。步進電機驅動器固定在下箱體上，是用來驅動步進電機的。
[0022]采集模塊工作過程:相機16水平調節導軌殼固定在上箱體上，相機I豎直調節架4固定在相機I水平調節導軌3芯上，相機I固定在相機固定套5內，相機固定套可以在相機I豎直調節架4上上下移動實現相機16的豎向調節，相機I水平調節導軌3可以左右移動實現相機16的橫向調節。同理，相機218固定在相機固定套5內，相機固定套可以在相機2水平調節架19上左右移動實現相機218的橫向調節，相機2水平調節架19套在相機2豎直調節架20上，可以上下移動以實現相機218的豎向調節。
[0023]控制模塊的工作過程:本實例中選用STC52單片機，Tb6560步進電機驅動器，42BYGH48-401A步進電機，相機一和相機二為工業相機，如PointGreyFL3系列FL3-U3-13S2C相機，電源采用24V10AH鋰電池。單片機21 —端接計算機，另一端電源17，步進電機驅動器23—端接電源，另一端接步進電機和單片機21上，相機觸發線一端接電源17,另一端分別接相機一和相機二及單片機21。單片機21通過編程一方面控制步進電機驅動器23驅動步進電機，步進電機帶動傳送帶11工作，另一方面控制相機一和相機二的觸發，使得當傳送帶相應凹槽24的玉米種子到達指定位置時，兩個工業相機也已經觸發，相機一和相機二分別對玉米種子側面和冠部進行拍照，實現動態采集玉米種子原始圖像。
[0024]便攜式動態玉米種子純度識別裝置工作過程:工作時，向上提起上箱體2，導軌7打開，上下箱體打開，上位自動彈簧鎖16上鎖；傳送帶托軌13的滑動帶動傳送帶盒12的滑動，將傳送帶11盒盒長的三分之一拉出下箱體，用于人工在傳送帶的凹槽內放置玉米種子；玉米種子傳送到箱體內部正對遮光板9的通光孔位置，相機一 6沿相機一豎直調節架4上下移動調節相機一 6距離玉米冠部的工作距離，同時相機一 6沿相機一水平調節導軌3左右移動微調使相機一 6與上板通光孔中心在一條直線上；相機二 18沿相機二水平調節架19左右移動調節相機二 18距離遮光板通光孔的工作距離，同時相機二 18沿相機二豎直調節架20上下移動微調使相機二 18中心與側板通光孔中心在一條直線上。接好線路，打開電源17開關，單片機21通過編程一方面控制步進電機驅動器23驅動步進電機，步進電機帶動傳送帶11工作，另一方面控制相機的觸發，使得當傳送帶相應凹槽24的玉米種子到達指定位置時，相機一 6和相機二 18分別對玉米種子側面和冠部進行拍照，實現動態采集玉米種子原始圖像，采集完圖像的種子運送到傳送帶尾端由收集袋收集起來。
【權利要求】
1.一種便攜式動態玉米種子純度識別裝置，包括上下箱體、傳動模塊、采集模塊、控制模塊、遮光板和收集袋的設計； 所述的上下箱體包括上箱體、下箱體、二節導軌、上位自動彈簧鎖、下位鎖扣和一個提手；下箱體右下角前板上設有入料口，后板上與開料口相對設有出料口 ；所述二節導軌的導軌殼分別固定在下箱體外部的四個邊上，其導軌芯固定在上箱體內部的四個邊上，上箱體可活動的套在下箱體外面，整個箱體具有收縮性；所述提手安裝在上箱體頂部；下箱體兩個側面的上邊緣中心位置分別安裝有上位自動彈簧鎖，上箱體兩個側面的下邊緣中心位置與上位自動彈簧鎖對應打孔，當上箱體提起時上位自動彈簧鎖扣通過中心孔彈出，支撐住上箱體；四個下位鎖扣分別固定在下箱體兩側的下邊緣上，當上箱體落下套在下箱體外面時下位鎖扣上鎖； 所述的傳動模塊包括傳送帶、帶輪、軸承、步進電機、齒輪、步進電機驅動器、傳送帶盒及傳送帶托軌；傳送帶的一側均勻設有傳送帶凹槽，凹槽間距根據傳送帶周長與步進電機步距角計算確定，凹槽開口朝向下箱體左側；每個凹槽大小形狀與單粒玉米相同；傳送帶托軌固定在下箱體內部右端，傳送帶盒通過傳送帶托軌安裝在下箱體底板上，傳送帶盒位于出料口與入料口之間，傳送帶盒可沿傳送帶托軌滑動；傳送帶套在主動帶輪和從動帶輪外面，主動帶輪和從動帶輪的兩端安裝在軸承上，軸承過盈配合安裝在傳送帶盒內部兩個相對的側板上；主動帶輪輪軸上套有一個齒輪，步進電機輸出軸套有一個齒輪；步進電機輸出軸的齒輪與主動帶輪上的齒輪嚙合；步進電機安裝在傳送帶盒內部兩個相對的側板上；步進電機驅動器固定在下箱體內部并與驅動電機連接；步進電機驅動器驅動步進電機，步進電機輸出軸帶動的齒輪與主動帶輪上的齒輪嚙合帶動主動輪轉動，主動輪和從動輪帶動傳送帶轉動；所述傳送帶采用黑色毛面材料；所述傳送帶盒為一塊傳送帶盒底板兩側垂直固定兩塊傳送帶盒側板組成；傳送帶盒一側出口與入料口連接，其另一側出口連接有收集袋，收集袋另一端固定在下箱體的出料口處；收集袋可收縮； 所述的采集模塊包括相機一、相機一水平調節導軌、相機一豎直調節架、相機固定套、相機二、相機二水平調節架和相機二豎直調節架；相機一水平調節導軌殼固定在上箱體頂部；相機一豎直調節架可活動的安裝在相機一水平調節導軌上；相機一通過相機固定套可活動的安裝在相機一豎直調節架上；相機一沿相機一豎直調節架上下移動實現相機一的豎向調節，相機一水平調節導軌左右移動實現相機一的橫向調節；相機二豎直調節架安裝在下箱體左側的底板上，相機二水平調節架可活動的套在相機二豎直調節架上，相機二通過相機固定套可活動的安裝在相機二水平調節架上；相機二在相機二水平調節架上左右移動實現相機二的橫向調節，通過相機二水平調節架在相機二豎直調節架上的上下移動以實現相機二的豎向調節； 所述的控制模塊包括單片機、相機觸發線、鋰電池和鋰電池底座；所述單片機固定在下箱體內部底板上，鋰電池通過鋰電池底座固定在下箱體內部底板上，單片機通過導線一端連接計算機，其另一端連接電源；所述的步進電機驅動器與步進電機和單片機連接；相機觸發線通過導線一端接電源，另一端分別與所述的相機一、相機二和單片機連接；單片機一方面控制步進電機驅動器驅動步進電機，帶動傳送帶工作，另一方面控制相機的觸發，使得當傳送帶相應凹槽的玉米種子到達指定位置時觸發相機進行拍照，實現動態采集玉米種子原始圖像； 所述的遮光板由成倒L型的上板和側板組成，其上板與下箱體底板平行且位于傳送帶上方，其側板底端安裝在下箱體底板上傳送帶盒左側；遮光板表面用黑色亞光噴漆噴涂，黑色背景下的種子圖像目標清晰且避免暗影干擾；遮光板上板和側板上分別開有通光孔，上板通光孔中心與傳送帶凹槽中心在一條直線上，側板通光傳送帶側面中心在一條直線上；相機一左右移動使相機一與上板通光孔中心在一條直線上；相機二上下移動使相機二中心與側板通光孔中心在一條直線上；朝向傳送帶盒的一側的通光孔四周布置有LED光源。
【文檔編號】G01N21/85GK104359910SQ201410637402
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月13日 優先權日:2014年11月13日
【發明者】王金星, 孟凡榮, 張春慶, 劉雙喜, 關文勝, 傅生輝, 牟華偉, 范連祥 申請人:山東農業大學