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【发明授权】一种基于Led-红光透射成像的水稻稻穗性状智能分析系统_华中农业大学_201811485818.1 

申请/专利权人:华中农业大学

申请日:2018-12-01

公开(公告)日:2022-05-13

公开(公告)号:CN109765195B

主分类号:G01N21/3563

分类号:G01N21/3563

优先权:

专利状态码:有效-授权

法律状态:2022.05.13#授权;2019.06.11#实质审查的生效;2019.05.17#公开

摘要:本发明涉及一种植物表型研究检测及控制设备,具体涉及一种基于Led‑红光透射成像的水稻稻穗性状智能分析系统,对水稻穗部性状进行提取。基于作物表型高通量检测领域研究的表型平台的发展重要性,针对传统的穗部性状测量主要依赖于人工,存在操作繁琐、劳动强度大、测量准确性受人工主观因素影响大等缺点,针对现有设备体积较大,实粒瘪粒分辨精度不高或具有安全隐患等现象,本发明研究设计了一种基于Led‑红光透射成像的水稻稻穗性状智能分析系统,提供了一种新型检测植物实粒瘪粒的方法,减小了植物表型检测平台的体积,提高了检测效率。

主权项:1.一种基于Led-红光透射成像的水稻稻穗性状智能分析系统,其特征在于:包括Led-红光透射成像模块、水稻稻穗性状智能分析模块和控制模块;Led-红光透射成像模块包括LED-红光面阵列光源、可见光RGB相机、图像采集卡、载物台以及成像箱体;水稻稻穗性状智能分析模块包括基于深度学习的稻穗籽粒、分支识别,采用图像特征计算稻穗籽粒数、结实率、穗型、着粒密度性状,基于压力传感器的稻穗重量获取;控制模块,包括基于可编程逻辑控制器PLC和上位机LabVIEW控制,实现水稻稻穗放样,称重,成像和参数测量的全自动控制;Led-红光透射成像模块还包括载物台,载物台使用红外感应自动伸缩方式,将载有待测稻穗的样品板输送到测量位置,其中LED-红光面阵列光源安装在载物台的正下方,并使用可见光RGB相机将采集到的图像通过图像采集卡传输到上位机中,使用该模块获取稻穗的高对比度红光透射图像;水稻稻穗性状智能分析模块用于在Caffe框架下建立深度学习模型,在该模型中使用所述高对比度红光透射图像进行水稻稻穗籽粒、分支的识别和分割,获得水稻稻穗籽粒中的瘪粒、实粒和枝干的子图,使用OpenCV库提取所述子图的图像特征,并计算籽粒数、结实率、穗型、着粒密度性状。

全文数据:一种基于Led-红光透射成像的水稻稻穗性状智能分析系统技术领域本发明涉及一种植物表型研究检测设备及方法,具体涉及一种基于Led-红光透射成像的水稻稻穗性状智能分析系统,对水稻穗部性状进行提取。背景技术穗部是产量的最终表达部位,穗部性状和产量的关系一直是育种中研究的重点。在对品质进行评估时,与产量最直接相关的穗部性状一直是重要参考信息,穗部性状包括结实率、粒重、粒长等方面。其中,空秕影响的结实率和粒长影响的粒重是影响产量的重要参数。基于作物表型高通量检测领域研究的表型平台的发展重要性,针对传统的穗部性状测量主要依赖于人工,存在操作繁琐、劳动强度大、测量准确性受人工主观因素影响大等缺点,针对现有设备体积较大,实粒瘪粒分辨精度不高或具有安全隐患等现象,本发明研究设计了一种基于Led-红光透射成像的水稻稻穗性状智能分析系统,提供了一种新型检测植物实粒瘪粒的方法,减小了植物表型检测平台的体积,提高了检测效率,并保证了安全性。发明内容鉴于现有的植物籽粒测量手段的效率较低人工,精度不高风选和具有安全隐患X射线,并且现有的植物表型检测平台的体积较大。本发明所采用的技术方案是:载物台使用智能抽屉式输送方式,将载有待测水稻稻穗的载物盒输送到测量位置,其中载物盒的底部为透明有机玻璃板且LED-红光面阵列光源处于载物台的正下方,并使用可见光RGB相机将采集到的图像通过图像采集卡传输到上位机里,软件会测出穗部的总粒数并辨别籽粒的实粒瘪粒,实现自动化提取植物穗部性状,提高检测效率;使用LED背光红光光源透视植物籽粒,获取植物籽粒性状信息,辨别实粒瘪粒,精度较高并且具有安全保障;使用步进电机直线推杆机推动压力传感器乘载载物板,对植物穗部进行称重,优化内部结构,减小设备体积并实现对测量穗部的称重任务。附图说明图1基于Led-红光透射成像的水稻稻穗性状智能分析系统示意图;图2本发明主视结构及侧视结构剖面示意图;图3本发明顶升结构示意图;图4本发明工作流程图;图5本发明图像处理流程图;图6本发明采集得到的植物籽粒结果图像。图中1.茶色有机玻璃,2.可见光RGB相机,3.载物盒,4.待测水稻稻穗,5.LED-红光面阵列光源,6.载物台,7.红外感应面板,8.顶升架,9.直流电机推杆机,10.步进电机推杆机,11.压力传感器,12.把手。具体实施方式基于Led-红光透射成像的水稻稻穗性状智能分析系统的具体实施方案为:本基于Led-红光透射成像的水稻稻穗性状智能分析系统的长宽高为:700*400*1020mm,其主要由基于Led-红光透射成像模块、水稻稻穗性状智能分析模块和控制系统组成。1.基于Led-红光透射成像模块:本发明的基于Led-红光透射成像模块采取智能抽屉式输送,配有抽屉,抽屉滑轨和直流电机推杆机。其中抽屉为异性抽屉,抽屉底面的中心和四角镂空,以便于称重装置实现称重动作;抽屉滑轨采用三节静音轨道实心滚珠滑轨,长度为300mm;直流电机推杆机行程300mm,采用直流电机驱动齿轮带动齿条动作,齿条和抽屉板面连接,实现抽屉的进出;其中抽屉板面上配有红外感应器,当人体碰触到板面时,抽屉会自动滑出,待将载物盒放置在抽屉上后,轻触抽屉板面使抽屉自动回收。2.图像采集装置:本发明的图像采集装置主要由可见光RGB相机LED-红光面阵列光源以及图像采集卡组成。可见光RGB相机安装于抽屉上方的安置架顶部,用于获取图像;LED-红光面阵列光源安装于抽屉下方的隔板上,作为植物穗部的透射背光光源,可以清晰地识别植物籽粒的实粒瘪粒状况;可见光RGB相机采集得到的图像通过图像采集卡传入计算机,通过软件提取植物穗部的性状参数。3.水稻稻穗性状智能分析模块:本发明的水稻稻穗性状智能分析模块是在Caffe环境下建立卷积神经网络实现水稻稻穗籽粒、分支的识别,使用OpenCV软件提取计算水稻稻穗籽粒数、结实率、穗型、着粒密度性状。4.称重装置:本发明的称重装置主要由步进电机推杆机,压力传感器,力值显示控制仪和顶升架组成。步进电机推杆机的推力为500N,速度为7mms,行程为50mm,安装于设备的底板中心,用于顶升压力传感器实现称重功能;压力传感器的量程为0-2kg,精度为C3,安装于步进电机推杆机的推杆顶端,用于测量待测植物穗部的重量;力值显示控制仪用于显示称取植物穗部的重量,并通过485通讯口执行ModbusRTU协议与计算机通信;顶升架安装于压力传感器的顶部,用于顶升载物盒。5.PLC分别与所述输送模块的直流电机和红外感应器,称重装置的步进电机和力值显示控制仪相连,用于控制抽屉的滑出滑入和称重装置的上下动作,并且获取植物穗部的重量信息;PLC同时与计算机相连,通过串口实现通信。6.计算机分别与可见光RGB相机和PLC相连;所述计算机向PLC和可见光RGB相机发出控制命令,接受可见光RGB相机采集到的图像,并进行图像的处理和显示,以及测量结果的存储。7.本发明成像箱体的上部分面板采用茶色有机玻璃,可以通过茶色有机玻璃观看内部的图像采集和称重动作,实现可视化,并且由于玻璃为茶色LED-红光面阵列光源发射的光源不会损害人体的眼睛。方案实施例子:操作人员碰触抽屉面板,红外感应器接受到信息,将信息传送到PLC;PLC控制直流电机动作,直流电机带动齿轮运动,齿轮驱动齿条,齿条端面顶动抽屉板面,使得抽屉滑出;操作人员将载有植物穗部的载物盒放置在抽屉上,再碰触抽屉板面,红外感应器接受到信息,将信息传送到PLC;PLC控制直流电机反向动作,直流电机带动齿轮运动,齿轮驱动齿条,齿条端面拉动抽屉板面,使得抽屉滑入;操作人员使用鼠标在计算机的显示屏上点击“开始测量”,此时计算机向可见光RGB相机和PLC相继发出控制命令;可见光RGB相机获取图像传送给计算机,PLC控制步进电机推杆机的推杆上升,顶升压力传感器与顶升架,顶升动作完成1S后,获取重量信息传送给计算机,之后PLC控制步进电机推杆机的推杆下降,完成测量;计算机显示获取到的图像,并进行图像处理获取植物穗部信息。

权利要求:1.一种基于Led-红光透射成像的水稻稻穗性状智能分析系统,包括基于Led-红光透射成像模块、水稻稻穗性状智能分析模块和控制模块。Led-红光透射成像模块包括LED-红光面阵列光源、可见光RGB相机、图像采集卡、载物台以及成像箱体:水稻稻穗性状智能分析模块包括基于深度学习的稻穗籽粒、分支识别,采用图像特征计算稻穗籽粒数、结实率、穗型、着粒密度性状,基于压力传感器的稻穗重量获取;控制模块,包括基于可编程逻辑控制器PLC和上位机LabVIEW控制,实现水稻稻穗放样,称重,成像和参数测量的全自动控制。2.根据权利要求1所述的Led-红光透射成像模块,其特征在于:载物台使用红外感应自动伸缩方式,将载有待测稻穗的样品板输送到测量位置,其中LED-红光面阵列光源安装在载物台的正下方,并使用可见光RGB相机将采集到的图像通过图像采集卡传输到上位机中。使用该模块可以实现低成本获取稻穗实粒和瘪粒的高对比度图像。3.根据权利要求1所述的水稻稻穗性状智能分析模块,其特征在于:在Caffe框架下建立深度学习模型实现水稻稻穗籽粒、分支的识别和分割,使用OpenCV库提取水稻稻穗分割后的图像特征,计算籽粒数、结实率、穗型、着粒密度性状。该稻穗智能分析模块相比现有的稻穗参数测量方法具有更好的品种适应性。4.根据权利要求1所述的控制系统,其特征在于:可编程逻辑控制器PLC分别与载物台电机、载物台红外感应器,压力传感器的顶升电机,压力传感器的力值显示控制仪相连,用于控制载物台伸缩、压力传感器顶升称重,PLC同时与上位机相连,通过串口实现通信;上位机与可见光RGB相机连接,基于PLC反馈的信号,控制RGB相机采集图像,并进行图像的处理、显示,以及测量结果的存储。

百度查询: 华中农业大学 一种基于Led-红光透射成像的水稻稻穗性状智能分析系统

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