[发明专利]一种小颗粒农业物料质量实时检测与分级装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及机器视觉技术领域，尤其涉及一种小颗粒农业物料质量实时检测与分级装置及方法。

背景技术

小颗粒农业物料(谷物、种子等)需要对其质量检测与分级，来提高小颗粒农业物料的经济价值与食用价值。传统小颗粒农业物料分级方法包括利用小颗粒农业物料的外部形状和尺寸大小进行筛选，利用小颗粒农业物料与气流相对运动进行气流清选，利用小颗粒农业物料的种类、饱满程度、含水量和受病虫害程度差异进行比重清选，利用小颗粒农业物料表面颜色不同进行色选。但这些方法不能综合利用小颗粒农业物料表面形态学、颜色和纹理特征对小颗粒农业物料进行全面分析，进而不能对小颗粒农业物料进行精选。相对于人工肉眼检测，由于操作者的经验差异和主观因素的影响，造成检测结果具有很大的差异性，而机器视觉具有检测的客观性、快速性、无损性、高效率性，更加适用于小颗粒农业物料在线检测与自动分级。目前在国内市场上没出现大规模化的小颗粒农业物料视觉分级装备，相比国外已有商品化的小颗粒农业物料视觉分级装备，例如BoMill公司IQ种子分级机1002、SeQso公司iXeed Visual种子分级机、美国Thomas C.Pearson研制小麦分级机。

经大量文献检索，申请号为CN200710067204.7和CN201110122572.3的专利文献、BoMill公司IQ种子分级机1002和文献《Design and development of a grain kernel singulation device》均采用带有可旋转圆盘的种子单粒化装置，该圆盘端面圆周上均匀分布凹槽来盛放种子，每个凹槽存放一颗，实现小颗粒农业物料之间的分开。该单粒化装置检测速度慢、效率低，不适用于大批量小颗粒农业物料精选处理，更无法获取小颗粒农业物料的正反两面图像，造成小颗粒农业物料质量检测精度下降。

申请号为CN200410078033.4、CN200910148225.0、CN201010237646.3的专利均采用传送带的种子单粒化装置，传送带的上表面设有多个长方形孔穴来盛放种子，在传送带的下表面粘有透气丝网，待系统采集和处理图像后，种子进入卸料区域，孔穴下的气嘴打开将种子吹入指定的槽中。这种装置能够实现大批量小颗粒农业物料精选处理、处理效率和速度都较高，一张图片可以获取多个互不接触且排列整齐小颗粒农业物料，且能够获取小颗粒农业物料正反两面的清晰图像，但是卸料过程，是由气嘴向斜面或者竖直向上吹，可能由于小颗粒农业物料自身的重力而无法将陷在孔穴中小颗粒农业物料吹走，造成卸料困难。而专利申请号为CN201010237646.3的专利采用机械手进行吸取卸料，显然这种方式结构复杂、成本较高。

Next Instruments公司的便携式种子分析仪SeedCount SC5000R图像分析仪、SeedCount SC5000TR图像分析仪和SeedCount SC5000TR玉米分析仪，SeQso公司的便携式种子分析仪iXeed CF Analyzer(Mobile)、种子分级机iXeed^TM Visual Sorter和iXeed^TM CF Sorter，这些装置均采用托盘式种子单粒化装置，托盘上表面设有多个排列整齐椭圆形凹槽用来盛放种子。在使用便携式种子视觉检测仪，操作者将种子平铺到托盘中，然后将托盘放入分析仪，通过相关软件提取种子的形态学、颜色、纹理特征，再进行分类，并以图形和表格的形式显示在PC屏幕上。这种便携式种子视觉检测仪仅适用于少量种子的抽样检测。而种子分级机iXeed^TM Visual Sorter将多个托盘依次固定在运动的链条上，通过上料机构将种子填充到托盘的凹槽内，通过链条的左右移动回收多余种子，以黄瓜种子为例，该分级机检测速度达到40粒/秒，可实现无人操作时间达68小时。但是该分级机只能分成三级(接受、剔除、回收)，且卸料不易。iXeed^TM CF Sorter能基于叶绿素含量来判别种子的成熟度进而实现分级，以胡椒种子、卷心菜种子、茴香种子为例，该分级机检测速度可达100～200粒/秒。这些装置，一张图像可以得到整个托盘种子，但是只能获取种子一面的图像，通过从托盘中吸料来达到分级，这能造成有些凹槽种子没有吸取干净。