一种基于机器视觉的玉米籽粒破碎率在线检测方法及装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN108120715A(43)申请公布日2018.06.05(21)申请号201611087294.1(22)申请日2016.11.30(71)申请人中国科学院沈阳自动化研究所地址110016辽宁省沈阳市东陵区南塔街114号(72)发明人王卓杨亮高雷白晓平熊锋尹纯源刘知祥刘建帮(74)专利代理机构沈阳科苑专利商标代理有限公司21002代理人许宗富(51)Int.Cl.G01N21/84(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称一种基于机器视觉的玉米籽粒破碎率在线检测方法及装置(57)摘要本发明涉及一种基于机器视觉的玉米籽粒破碎率在线检测方法及装置。方法包括：箱体结构获得单层化分布的玉米籽粒；工业CCD相机采集玉米籽粒图像并使用锐化、去噪、边缘检测获得玉米籽粒边缘轮廓特征；使用阈值分割和二值化处理对破碎玉米籽粒和完整玉米籽粒进行分离；通过模糊聚类方法分析图像，提取破碎玉米籽粒特征；并与标准破碎玉米籽粒模板进行模板匹配，获得破碎玉米籽粒个数、计算破碎率，并显示在车载终端。装置包括：检测箱体单元、图像采集单元、图像处理单元、数据传输单元、车载控制及显示单元，各个单元相互配合实现玉米籽粒破碎率实时在线检测。本发明装置便于安装、维护，易于在机车粮箱中安装，同时具有检测速度快、稳定性强、精度较高的优点。CN108120715ACN108120715A权利要求书1/2页1.一种基于机器视觉的玉米籽粒破碎率在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将玉米籽粒卸入到检测箱体单元的分流模块的上层引流料斗中，玉米籽粒经过上层引流料斗的入料口后，一部分玉米籽粒经下层分流料斗的入料口落在筛板层上，另一部分玉米籽粒经下层分流料斗的斜面分流至收割机粮箱中；筛板层对落在其上的玉米籽粒，实现二次分流及减小单位时间内到达封闭空间模块内的玉米籽粒数量；步骤2：车载计算控制及显示单元分别输出控制信号给封闭空间模块的顶层转板、底层转板的电机，初始状态时顶层转板处于竖直状态以便玉米籽粒通过，底层转板处于水平状态以便承载玉米籽粒，到达预设时间后，电机带动顶层转板旋转至水平状态，形成封闭空间；步骤3：车载控制及显示单元输出控制信号给图像采集单元，工业CCD相机实时采集底层转板上的玉米籽粒原始图像并输出给图像处理单元；步骤4：图像处理单元对接收的玉米籽粒原始图像进行处理提取玉米籽粒原始图像的边缘轮廓、提取破碎玉米籽粒轮廓特征并通过数据传输单元发送给车载计算控制及显示单元；步骤5：车载计算控制及显示单元将将破碎玉米籽粒轮廓特征与破碎玉米籽粒模板进行匹配，识别破碎玉米籽粒；从而计算出破碎玉米籽粒的个数、玉米籽粒破碎率并显示在屏幕上；步骤6：车载计算控制及显示单元输出控制信号给封闭空间模块的底层转板的电机，控制底层转板处于竖直状态以便玉米籽粒卸出封闭空间模块,进入到收割机粮箱中，完成一次玉米籽粒破碎率在线检测，重新返回步骤1实现实时在线检测。2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的玉米籽粒破碎率在线检测方法，其特征在于，所述步骤4具体包括以下步骤：对接收的玉米籽粒原始图像进行锐化、灰度转换、边缘检测、去噪处理，提取玉米籽粒原始图像的边缘轮廓；对玉米籽粒原始图像的边缘轮廓采用阈值分割和二值化处理，分离破碎玉米籽粒和完整玉米籽粒；再采用模糊聚类方法提取破碎玉米籽粒轮廓特征。3.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的玉米籽粒破碎率在线检测方法，其特征在于，所述锐化为通过高通滤波器，锐化采集到的玉米籽粒原始图像的平面彩色图像；所述灰度转换为对平面彩色图像采用加权平均法进行灰度转换，获取灰度图像；所述边缘检测为采用sobel边缘检测算法，获取籽粒轮廓边缘；所述去噪为采用均值滤波对边缘检测后的灰度图像进行去噪处理。4.根据权利要求2所述的一种基于机器视觉的玉米籽粒破碎率在线检测方法，其特征在于，所述模糊聚类方法结合形态学处理方法对分离后的破碎玉米籽粒图像中的孔洞进行填充、并去除孤立点，获取破碎玉米籽粒轮廓特征。5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的玉米籽粒破碎率在线检测方法，其特征在于，所述破碎玉米籽粒特征模板获取的具体步骤包括：S1：比较按照步骤S1.1、步骤S1.2的顺序获得的破碎玉米籽粒轮廓特征、按照步骤S1.2、步骤S1.1的顺序获得的破碎玉米籽粒轮廓特征，获取破碎玉米籽粒轮廓特征；2CN108120715A权利要求书2/2页S1.1：在蓝色通道中采用K-means聚类分析方法区分呈白色的破碎玉米籽粒和呈黄色的完整玉米籽粒，提取破碎玉米籽粒轮廓特征；S1.2：依次采用均值滤波去噪、背景差分法去除阴影、星型骨架法分析破碎籽粒面积、周长和籽粒对称性，提取破碎玉米籽粒轮廓；S2：对