基于LabVIEW的水稻精量穴播排种器排种质量检测系统研究

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水稻精量穴直播是一种先进的轻简化栽培技术,已日益被农民所接受。结合此技术研制的水稻精量穴直播机也在全国较大区域应用,水稻精量穴播排种器作为水稻精量穴直播机的核心部件,其排种性能对水稻精量穴直播机作业质量产生直接影响。在水稻精量穴播排种器结构设计及性能改进研究中,为检测其性能,目前主要依靠人工进行测量穴粒数、穴距和穴径等关键参数,存在测量不准确、测量误差大、费时费力等问题。为此,本课题设计了一种基于LabVIEW的水稻精量穴播排种器排种性能自动检测系统,以期实现对水稻精量穴播排种器的穴粒数、穴距和穴径的自动测量。其主要研究内容如下:  (1)开展了水稻精量穴播排种器性能测试试验台最佳拍摄光结构研究。根据原实验室已有的排种试验台,设计了检测系统的拍摄光结构,通过对45°悬挂式光结构、90°平照光结构、180°背光照明式光结构三种光结构进行研究,发现采取180°背光照明式光结构,将光源放置于摄像机下方,摄像机距离输送带208mm时,摄像机接收到的光亮适中,对采集到的图片处理后,得到的图像效果最佳。  (2)开展了种子图像处理程序设计。基于LabVIEW图形化编程软件,设计了一套实验室自动检测系统的图像处理程序,可对摄像机采集到的动态图像进行处理,提取出种子目标。本课题的图像处理程序通过基于颜色图像的RGB-HSI模型中提取H平面,进行阈值分割,再进行腐蚀处理,提取种子信息。试验结果表明,此方法能将种子从输送带的复杂背景中分离出来,达到种子识别的目的,识别准确度达到100%。  (3)开展了种子分穴算法研究。图像处理后,识别出的种子进行像素水平投影,得到种子水平像素分布波形图,对波形图进行差值平滑处理得到种子穴的中心坐标和穴边界坐标,通过计算两穴的中心坐标之间的距离获得穴距,通过计算每穴的起始边界坐标的距离得到穴径。  (4)开展了种子穴粒数的检测方法研究。在分穴的基础上,通过对每粒种子的横坐标X与对应每穴的边界坐标Xi的横坐标进行比较,统计种子在对应穴边界范围内的个数即得到种子粒数。  (5)开展了识别破碎种子和杂质,识别重叠种子的方法研究。试验统计得出:1粒种子的面积范围在344Pixel-830Pixel之间,2粒种子重叠的面积范围在970Pixel-1600Pixel之间,3粒种子重叠的面积范围在1660Pixel-2470Pixel之间,4粒种子的面积范围在2521Pixel-3135Pixel之间,通过判断图像中目标种子像素和试验统计的种子像素面积的大小,进行破碎种子和杂质、重叠种子的识别。  (6)开展了室内台架试验,对测试系统性能进行了测试。在摄像机高度为208mm,曝光时间设置为1/125s,排种器类型为机械式水稻精量穴播排种器,输送带转速为149r/min,排种器转速为30r/min的条件下,对检测系统进行试验,并和人工检测的试验数据进行对比,得到系统检测穴粒数的最大绝对误差为+3粒,平均绝对误差为0.450粒,最大相对误差为+50%,平均相对误差为9.062%,检测准确率为69%;系统检测穴径的最大绝对误差为+8.615mm,平均绝对误差为2.853mm,最大相对误差为-44.722%,平均相对误差为10.186%;系统检测穴距的最大绝对误差为-25.293mm,平均绝对误差为12.259mm,最大相对误差为-18.288%,平均相对误差为10.292%。
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