排种器试验台检测系统的设计与试验

间隔 时间 （ ／ ０ ） １ ３ ｓ 内移 动 的距 离 即是 单 帧 图像 的有效 区 。其 高 度为
ｈ ＝ｖ ｔ （） １
通 信 系 统 适 用 范 围 而 采 用 通 用 的 Ｍ ｄｕ ｏｂｓ协 议 。 ＭＥ Ｏ Ｏ ＷＴ Ｃ Ｌ—Ｃ Ｍ 协 议 信 息 交 换 以 “ ” 格 式 进 Ｏ 帧 的
ｗｙ ｗｚ ＠ ｙ ｈ ｏ Ｃ Ｂ． ｎ。 ｈ ｑ ａｏ ．Ｏ ｃ
＿
集 安装 在排 种 轴 和 种 床 带 主 轮 轴 上 的 高 精 度 编 码 器 ，
进 而转 换 得 到排 种 器 和 种 床 带 的实 时速 度 ， Ｌ 内部 ＰＣ
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农 机 化 研 究
吸两 用组 合 ） 种 器 的精 播 、 播 及 条 播 性 能 的 试 验 排 穴 与检 定 。试 验 台 的控 制 系 统 以 Ｐ Ｃ和 变 频 器 为 核 心 ， Ｌ 可简 单快 捷 地无 级 调 控 排 种 器 转轴 的 工 作 速 度 、 床 种
分 。 总体 构成 框 图如 图 １ 示 。 所
呼和 浩 特 ００ １ ０１ ８）
摘
要 ：基 于计 算 机 视觉 和 自动控 制技 术 ， 计 了排 种 器 试 验 台检 测 系统 。该 系 统适 用 于 各 种排 种 器 的 精播 、 设 穴
播 及 条播 性 能 的试 验 和 检定 ， 可生 成 丰 富翔 实 的 试验 数 据 报 表 。为 此 ， 述 了检 测 系 统 的 设 计 与 构 成 ， 排 种 并 论 对 图像 采 集 处 理 的总 体 流 程 、 图像 的拼 接 、 阈值 分割 和 种 子边 缘 提 取 等 内容 一 一 做 了 叙 述 ， 讨 论 了数 据 的 综 合处 并 理 、 种 统 计 和评 价 的依 据 等 。 同时 ， 了检 验 该 系统 的可 靠性 和准 确 性 ， Ｊ Ｓ一１ 各 为 在 Ｐ ２排 种 器 试 验 台 上进 行 了 多
种速 度 下 的 玉米 精 播性 能检 测 试验 。
关键 词 ：排种 器 试 验 台 ；计 算 机视 觉 ；图 像 拼接 ；种 子边 缘 检 测 中图分类号 ：Ｓ ２ ． ２３ ２ 文献标 识码 ：Ａ 文章编 号 ：１ ０ ０ ３—１ ８ ２ １ ） ２— ０ ５— ５ ８ Ｘ（ ０ １ ０ ０ ６ ０
图 １ 检 测 系统 总体 构 成 框 图
Ｆ ｇ １ Ｄｅｅ ｔ ｎ ｓ ｓｅ ｂ ｏ ｋ ｄ ａ ｒ ｍ ｆｔ ｅ ｏ ｅ ａｌｃ ｍｐ ｓ ｉ ｎ ｉ． ｔ ｃｉ ｙ ｔ ｍ ｌ ｃ ｉｇ ａ ｏ ｈ ｖ ｒ ｌ ｏ ｏ ｉ ｏ ｏ ｔ
满 足 以上 试 验 台操 作 、 行 和 试 验 等 多 方 面要 求 ， 运 设 计 了一 套试 验 台检 测 系统 。
摄像机工作于逐行扫描方式 ， ３ 以 ０帧／ ｓ的 帧 速
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３ ２ 排种 图像 的阈值 分 割 ．
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第 ２期
心 ， 粒 种子 的粒距 则 等 于形 心 Ｙ值 之差 。 两
Ｋ
种 子 附着 在 油 层 表 面 ， 过 摄 像 装 置 箱 ， 箱 内 经 被 均匀 分布 且无 闪烁 的 直 流灯 组 照射 ， 被 黑 白工 业 摄 并
口
种
图 ２ 图像检测分析处理过程
Ｆ ｇ ２ Ｄｅｅ ｔ ｎ ａ ｄ ａ ａｙ ｉ ｐ ｏ ｅ ｓｏ ｍａ ｅ ｉ． ｔｃ ｉ ｎ ｎ ｌ ｓｓ ｒ ｃ ｓ ｆｉ ｇ ｏ
婺 Байду номын сангаас
向
３ １ 排种 图像 的有 效 区 ．
图３ 一帧图像 的检测区分布
Ｆ ｇ ３ Ｔ ｅ ｄ ｔ ｃｉ ｎ ａ ｅ ｉ ｒ ｕ ｉ ｎ ｏ ｎ ａ ｉ ． ｈ ｅ ｅ ｔ ｒ ａ ｄ ｓ ｉ ｔ ｆＯ ｅ ｆ ｍｅ ｏ ｔｂ ｏ ｌ
检测要求 ， 将其检测 系统分为 ４个 部分 ： 一是多路数
据 采 集部 分 ， 括 对排 种 器 转 速 、 床 带 速 度 、 泵 开 包 种 油
区分 ， 分 为 光 电 式 和 摄 像 式 Ｊ 可 。无 论 形 式 如 何 ， 试 验 台操 作 运行 的 自动化 程 度 、 试 测 量 手 段 的 技 术 水 测
须 大 于 ｈ值加 上拼 接偏 差 校正 长 度 ｅ 。在 实 际 工 作条
ＭＣ， ＭＤ和 ＭＧ指 令 。该 组 指 令 通 过 先 期 注册 待 监 视 的接 触器 区和数 据 区 ， 行 时使 用 ＭＧ指令 快 速 应 答 运 来 提 高通信 效率 。 通 过 串 口与 安 装 在 排 种 器 架 上 的 角 度 传 感 器 通 信 ， 时 获 取排 种 架 前 后俯 仰 和 左 右倾 斜 角 度 ， 据 实 根 国家 标准 的试验 要求 ， 角度 调整 范 围为 ０～１。 ５。
接口或千兆网络接 口传至计算机 ， 由图像分析处 理软
件 进 行种子 检测 ， 出种 子 粒 距 。图 像 检 ｛ 分 析处 理 得 贝 ０
过 程 如 图 ２所示 。
为 了实现 偏 差 的 校 正 ， 一 帧 图像 的有 效 区域 分 将 成 前偏差 区 、 检测 区和 后偏 差 区 ３部 分 ， 图 ３所 一般 如
式 中 一 种床 带速 度 ； ￡ 帧间 隔 。 一 以 ｈ为 有 效 区 高 度 进 行 序 列 图 像 的 拼 接 。 当 最 大 等 于 １ｋ ｈ， ６ ｍ／ ｈ＝１８ １ ｍ 时 ， ４ ．ｍ 即意 味着 摄 像 机 的最 大 视 野 区 域 在 种 床 带 前 进 方 向上 的长 度 必
示 。排种 图像分 析检测 算 法首 先 检测 一般 检测 区 内的 种 子 ； 次将前 偏 差 区 内的 种子 与前 一 帧 图 像 后偏 差 其 区 内的种 子 进 行 比较 ， 别 算 法 根 据 种 子 的 形 状 特 判
征 ， 匹配 和后偏差 区种 子行进 路线跟 踪等来 决策 ， 以 避免漏检 和重 复 检 测 ； 后 ， 测 后 偏 差 区 内的 种子 ， 最 检 待下一 帧图像检 测 时使 用 。
各种 速度 和 状 态 。视 觉 采 集 处 理 系 统 可 实 时 检 测 排 种 器所 排 落种 子 的粒 距 和粒 数 ， 而 输 出 试 验 要 求 的 从
、 ｌ 摄
像 机
合格指数 、 播指数和漏播指 数等排种性 能指标 ， 重 以
及 平均 值 、 准差 和 变 异 系 数 等 播 种 精 度 指 标 。为 了 标
业 摄像 机对 落种 区域 （ 以种 子 为 中 心左 右各 ８ ｍｍ宽 ０
考 表 １数据 ， 取 ｅ ４ｍ 选 ＝ ｍ。
表 １ 各试验速度下 的偏差
Ｔ ｂ １ Ｄｅ ｉｔｏ ｆｅ ｃ ｅ ｔ ｓ ｅ ｄ ａ ． ｖ ａｉ ｎ ｏ ａ ｈ ｔ ｓ ｐ ｅ
度 范 围 ） 一定 的 帧 速 率 摄 像 。 图像 数 据 经 由 １９ 以 ３４
第 ２期
寄存 器则 保 存 着 试 验 台当 前 的 运 行 状 态 数 据 。 由 于 选用 的是松 下 Ｐ Ｃ， 算 机 与之 通 信 规 范 采用 松 下 专 Ｌ 计
用 的 ＭＥ Ｏ Ｏ ＷＴ Ｃ Ｌ—Ｃ Ｍ 标 准 协 议 ， 可 为 了扩 展 Ｏ 也
率 对种 床 带表 面连 续 拍 摄 。不 同 的试 验 速度 下 ， 前后 两帧 图像 上会 有 与速 度 成 反 比 的重 叠 ， 种 床 带 在 帧 则
行， 信息帧由 Ａ ＣＩ Ｓ Ｉ字符 串组成 ， 可分为命令帧 、 响应
帧和错 误 帧等 ３种 。考虑 到信 息帧 之 间有延 时 和串行 通 信 速 率 的 限制 ， 大 限 度 地 增 强 系 统 的 响 应 速 度 ， 最
提 高数 据 的 采 样 频 率 ， 本 系 统 中 主 要 执 行 专 有 的 在
收 稿 日期 ：２ １ ０ ２ ００— ４— ６
２ 多路数 据 的采集
以计算 机 为 核心 ， 过 Ｒ ２ ２串 口与 Ｐ Ｃ及 角 度 通 Ｓ３ Ｌ 传 感 器进 行 多路 通 信 。Ｐ Ｃ的高速 脉 冲计 数 器接 口采 Ｌ
基 金 项 目： 国家 科 技 支 撑 计 划 项 目（ ０ ７ Ａ ３ １ ７ ２０ Ｂ Ｄ ５３ ） ０ 作者 简 介 ：吴 泽 全 （ ９ ７ 一）， ， 北 三 河 人 ， 程 师 ， Ｅ —ｍａｌ １７ 男 河 工 （ ｉ）
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农 机 化 研 究
第 ２期
排 种 器 试 验 台 检 测 系 统 的 设 计 与 试 验
吴泽 全 ，徐 冬 ，程 睿 ，蔡 晓华 ，王 振华
（ ． 龙 江 省 农 业 机 械 工 程 科 学 研 究 院 ，哈 尔 滨 １ ０ ８ ；２ 中 国农 业 机 械 化 科 学 研 究 院 呼 和 浩 特 分 院 １黑 ５０ １ ．
人 界面
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数 掘综 合 处理 立 Ｑ
Ｉ 数据 图 集处理 多路 采集 ｌ 像采
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角 度 传
感 器
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带 的运行 速度 、 流压 力 和喷 油 量 等 。数 据 监 控 系 统 气 通过 计算 机 和 Ｐ Ｃ的 串行 通信 ， 时 显示 试 验 台 的 Ｌ 实
件下 ， 在帧 间 隔 内种 床 带 速 度会 有 一 定 范 围 的 动态 波 动（ 如表 １所 示 ） 造 成 的结 果 就 是 图像 拼 接 有 偏 差 。 ，
对 于检 测 粒径 小于 ３ｍ 的小粒 种 子和 ３～ ｉ 的中 ｍ ５１ｍ Ｔ
一一 一一 一一 一一 一
粒 种 子¨ 如 蔬 菜 种 子 、 草 种 子 、 稻 和 小 麦 等 ） ¨（ 牧 水 ， 当遇 拼接 偏差 大于 ３ｍ ｌ时 ， ｉ ｌ 有可 能 发 生检 测 遗漏 ， 导 致 统计 误 差 ， 因此 必 须进 行 图像 拼 接偏 差 的校 正 。参