[发明专利]水稻穗长的自动测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业机械，适用于农业科研人员在水稻考种过程中自动测量并记录水稻的穗长。

背景技术

       水稻的穗长与产量直接相关，是水稻考种的一项重要指标。穗长的定义是穗颈节至穗尖（不连芒）的长度。通常情况下，水稻考种中都由人工测量水稻每个稻穗的穗长。在测量时需要先将稻穗拉直，很容易被穗子或叶子割伤手。并且长时间的测量观察，会耗费大量的人力物力，而且测量结果很容易受到测量人员的疲劳状况等个人因素的影响，主观误差较大。目前，国外主要有德国的LemnaTec公司在自动测量穗长方面做了一些工作，但他们的方法中并未进行穗颈节的识别，因此测得的并非传统意义上的穗长。国内主要有上海市农业科学院测试中心的胡传祚等人在1992年研制出的作物考种微电脑自动测试仪（胡传祚等，智能化稻麦考种自动测试仪，农业工程学报，1994，7(4)）。该测试仪采用光栅测长的方法来测量穗长。位移光栅与光电检测探头采取逻辑“与”的方式，检测到实物后同步进行计长，其检测精度由光栅的制作精度决定。这种测量方法要求待测的稻穗样品从穗颈节处剪下才能测量真正意义上的穗长。另外，这种方法检测到的是光栅移动方向上的直线距离，为了保证测量精度，要求待测样品很直，而很多稻穗存在一定的弯曲，这会引入测量误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是为水稻工作人员提供一种水稻穗长的自动测量装置及测量方法，能够快速、准确、自动的测量水稻的穗长。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种稻穗长度自动测量装置，其特征在于，包括机架、样品放置板、细节相机、全景相机、前景光源、背景光源、图像采集卡、计算机、电源，所述样品放置板安装在机架内，用于放置稻穗茎杆，所述细节相机、全景相机分别通过机架安装在样品放置板上方，细节相机用于拍摄稻穗茎杆部分的细节图像，全景相机用于拍摄稻穗的全景图像；细节相机、全景相机分别通过图像采集卡与计算机相连，前景照明光源安装在样品放置板上方，主要用于为所述细节相机提供前景照明；背景光源安装在样品放置板下方，主要用于为所述全景相机提供背景照明；所述计算机接收所述图像采集卡输入的图像，并进行图像处理，测量出稻穗长度，所述电源为前景光源、背景光源、计算机供电。

作为改进，所述背景光源和样品放置板之间均匀分布安装风扇，用于所述背景光源的散热。

优选的，所述背景光源为LED光源。

更优化的，本发明还包括控制单元，所述控制单元与所述计算机通信连接，并连接所述背景光源，控制背景光源的亮灭。

再优化的，本发明还包括控制单元，还包括控制开关，所述控制开关连接所述控制单元。

与本发明的稻穗长度自动测量装置相应的稻穗长度自动测量方法，包括以下步骤：

接通电源，启动计算机，点亮前景光源；将一穗稻穗放置在样品放置板上；启动控制开关，控制开关通过控制单元向计算机发出开始测量信号，计算机通知控制单元点亮背景光源，计算机控制细节相机、全景相机对所放置稻穗拍摄穗颈节细节图像和稻穗全景图像，并通过图像采集卡收集所摄图像；计算机处理图像，计算出穗长结果。

在所述计算机处理图像，计算出穗长结果后，计算机发送指令给控制单元，控制单元熄灭背景光源；背景光源熄灭提醒测量者本次测量完成，可以更换稻穗，进行下一稻穗的测量。

所述计算机处理图像，计算出穗长结果的步骤包括以下具体步骤：

对稻穗全景图像处理得到稻穗的外轮廓；

对穗颈节细节图像处理识别出穗颈节的位置；

将穗颈节的位置映射回全景图像，得到穗颈节在全景图像中的位置，将该位置作为穗长计算路径的终点；

从稻穗外轮廓图像穗尖部开始搜索至穗颈节的路径，并计算路径长度，该路径长度即为穗长。

优选的，所述从稻穗外轮廓图像穗尖部开始搜索至穗颈节的路径，并计算路径长度的步骤包括以下具体步骤：

从稻穗外轮廓图像穗尖部开始扫描，首次出现轮廓点的扫描行为穗长起始行；

若该行只有一个轮廓点，则该轮廓点即为起始路径点；若有多个轮廓点，则取最左边轮廓点与最右边轮廓点之间的中点作为起始路径点；

步骤i、隔k行作一次扫描，k为小于20的整数，找到该扫描行的所有轮廓点，

计算该扫描行所有轮廓点两两之间的中点，

判断该中点为稻穗全景图像的前景点或背景点，若为背景点，则舍弃该点；

计算该行中所有为前景点的中点到上一个路径点的水平方向即横坐标距离，距离最近的中点作为穗长计算的路径点，

重复步骤i，直到扫描到穗颈节位置停止，