[发明专利]基于机器视觉的烟草打顶抑芽检测控制系统

权利要求书

1.一种基于机器视觉的烟草打顶抑芽机检测控制系统，其特征在于包括烟株顶端位置检测系统和打顶抑芽控制系统；所述烟株顶端位置检测系统具有图像采集，图像处理和烟株顶端位置定位的功能；所述打顶抑芽控制系统主要用于执行工业控制机指令，控制打顶装置移动和控制电磁阀的通电与断开；

所述烟株顶端位置检测系统包括图像采集模块、图像处理模块、烟株顶端位置定位模块；所述图像处理模块和烟株顶端位置定位模块存储在工业控制机内；所述图像采集模块由摄像头和背景板组成，用于采集图像信息；所述图像处理模块用于对图像采集模块得到的图像信息进行分析处理，判断确定烟株顶端的烟花位置；若检测到烟花位置，将信息传送给烟株顶端位置定位模块；所述烟株顶端位置定位模块对烟花信息进行定位，确定打顶装置需要移动的距离；

打顶抑芽机前端两侧对称安装两个打顶装置，所述背景板沿烟垄方向竖直固定在两个打顶装置中间，利用背景板消除采集图像信息中其他颜色对烟花识别造成的干扰；两个摄像头对称固定在两个打顶装置外侧；摄像头通过USB接线连接工业控制机；田间作业时，每个打顶装置对应一行烟垄；背景板位于两行烟垄正中间，每个摄像头位于对应一侧烟垄的外侧，摄像头对准烟草植株，摄像头采集图像，并将采集到的图像传输到工业控制机上；所述背景板选取与潘通色卡TCX色卡上17-5430色号颜色一致的绿色印染布制作；

所述图像处理模块将采集到的原始图像中间第240列像素做为数据源进行处理，采用梯度差判别法从上往下计算该列每个像素点R数值与背景板的R数值之间的梯度差值T，该列从上往下符合设定值T>200的第一个像素点判定为检测到烟花信息，即为烟株顶端的烟花位置；若该列每个像素点梯度差值T<200，判定为没有检测到烟花信息；检测到烟花信息后，图像处理模块将烟花位置信息发送给烟株顶端位置定位模块，同时图像处理模块停止对图像进行处理；

所述烟株顶端位置定位模块对收到的烟花位置信息进行计算处理，确定打顶装置到烟花位置进行打顶的移动距离，并将移动信息发送给单片机；

所述打顶抑芽控制系统包括单片机、电源模块、步进电机、步进电机驱动器、继电器和电磁阀；单片机接收到工业控制机发送的打顶装置移动距离，向步进电机驱动器发送脉冲信号，驱动步进电机控制烟草打顶抑芽机的打顶装置移动到指定位置完成打顶作业；当电磁阀随打顶抑芽机前行到位于刚完成打顶的烟花上端位置时，单片机向继电器发出信号，继电器通电，控制电磁阀完成喷洒抑芽剂的动作；喷洒动作完成后，单片机向工业控制机发送信号，图像处理模块开始对下一个图像的检测处理，以完成下一个喷洒抑芽剂的动作；

每个打顶装置安装一个打顶抑芽控制系统；所述单片机通过RS232串口通讯与工业控制机相连，单片机内存储有打顶装置控制模块和抑芽剂喷洒控制模块，打顶装置控制模块用于控制打顶装置的升降；抑芽剂喷洒控制模块用于控制电磁阀的通电与断开；作业时根据烟草打顶抑芽机行进速度确定抑芽剂喷洒量及延迟时间；

所述单片机、步进电机驱动器、步进电机、继电器、电源模块固定在烟草打顶抑芽机前端两个打顶装置之间；所述步进电机驱动器一端连接单片机，另一端连接步进电机；步进电机另一端连接打顶装置；所述继电器一端连接电磁阀，另一端连接单片机；所述电磁阀固定在打顶装置后面，电磁阀通过管道连接烟草打顶抑芽机上的药箱，药箱内装有抑芽剂；所述电源模块连接烟草打顶抑芽机上的电瓶，给单片机、步进电机驱动器、步进电机、电磁阀和继电器供电。

2.如权利要求1所述的一种基于机器视觉的烟草打顶抑芽机检测控制系统的检测控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1）烟草打顶抑芽机前进时，对称固定在烟草打顶抑芽机前方两端的摄像头将拍摄到的原始图像通过usb接线传输到工业控制机上；

2）工业控制机的图像处理模块读入原始图像；

3）图像处理模块对读入的原始图像进行处理，提取该原始图像中间第240列像素做为数据源进行分析，采用梯度差判别法从上往下计算该列每个像素点R数值与背景板的R数值之间的梯度差值T，该列从上往下符合设定值T>200的第一个像素点判定为检测到烟花信息，即为烟株顶端的烟花位置；若该列每个像素点梯度差值T<200，判定为没有检测到烟花信息；检测到烟花信息后，图像处理模块将烟花位置信息发送给烟株顶端位置定位模块；同时图像处理模块停止对图像进行处理；

通过公式（1）计算梯度差值T：

T=|R_i—R_背景板|（1）

其中，T为像素点R数值与背景板的R数值的梯度差，R_i为该列第i行的R数值，R_背景板为选取的背景板R数值平均值，R_背景板=40；

4）烟株顶端位置定位模块通过公式（2）和（3）计算出打顶装置打顶时需要移动的距离H，并将打顶装置移动距离信息发送给单片机：

Q=a/（a+b）（2）

H=（640-i）×1/16×Q（3）

Q 为实际大小与像素点之间的比例关系，a为每个摄像头到烟草植株的水平距离，b为烟草植株到背景板的水平距离；

i为图像第240列从上往下检测到的烟花像素位置即烟草植株顶端所在的行数；

H为打顶装置需要移动的距离；

5）工业控制机将打顶装置需要移动的距离信息传输到单片机上，单片机的打顶装置控制模块计算步进电机下降到指定距离需要的脉冲，向步进电机驱动器发送信息，使步进电机带动打顶装置移动到指定距离完成打顶作业；

6）完成打顶后，步进电机反转，打顶装置靠自身重力下降到起始位置；

7）烟草打顶抑芽机向前运动，当电磁阀位于刚完成打顶的烟草上端位置时，抑芽剂喷洒控制模块向继电器发出信号，继电器通电，控制电磁阀完成喷洒抑芽剂的动作；喷洒动作完成后，单片机向工业控制机发送信号，图像处理模块开始对下一个图像的检测处理，以完成下一个喷洒抑芽剂的动作。