一種水稻育苗高速精量播種粒數(shù)識(shí)別裝置的設(shè)計(jì)

安鶴峰

摘要：為準(zhǔn)確掌握水稻育苗高速精量播種的播種量和種粒分布，采用視頻識(shí)別分析技術(shù)，設(shè)計(jì)一種水稻育苗高速精量播種粒數(shù)識(shí)別裝置。通過識(shí)別采集圖片和分析數(shù)據(jù)，直觀地反應(yīng)育苗秧盤內(nèi)的種粒分布情況，對(duì)提高水稻育苗播種作業(yè)質(zhì)量具有重要意義。

關(guān)鍵詞：粒數(shù)識(shí)別;高速精量播種;設(shè)計(jì);播種量;分布

中圖分類號(hào)：S511;S126????文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A????文章編號(hào)：1674-1161（2019）06-0032-02

近年來(lái)，隨著科技的飛速發(fā)展，水稻育苗播種機(jī)械化作業(yè)越來(lái)越普及，育苗秧盤播種的速度也越來(lái)越快，現(xiàn)有的水稻育苗秧盤播種機(jī)播種速度一般都在800～2?000盤/h。秧盤播種是先在秧盤內(nèi)鋪一層底土，緊接著灑上適量的水，然后均勻地播下適量的水稻種子，再灑適量水和鋪一層表土，最后運(yùn)至育苗棚內(nèi)培育水稻秧苗。整個(gè)過程非常緊湊，作業(yè)速度快，判斷秧盤播種量和種粒分布均勻度比較困難，無(wú)法保證育苗秧盤的播種質(zhì)量。為解決此問題，設(shè)計(jì)一種水稻育苗高速精量播種粒數(shù)識(shí)別裝置。

1 種粒識(shí)別裝置設(shè)計(jì)思路

種粒識(shí)別裝置安裝在水稻育苗秧盤播種機(jī)框架上的播種器與表土覆土器之間（見圖1），采用視頻識(shí)別分析技術(shù)進(jìn)行種粒識(shí)別作業(yè)。育苗秧盤隨傳送帶運(yùn)行，播種器完成播種作業(yè)后繼續(xù)前進(jìn)，觸碰到觸發(fā)開關(guān)后，安裝在密閉遮光箱內(nèi)的攝像頭對(duì)育苗秧盤拍攝一張照片并傳輸給控制系統(tǒng)。經(jīng)控制系統(tǒng)高速分析處理后，在顯示屏上以圖片的形式直觀顯示育苗秧盤中拍攝區(qū)域的種子數(shù)量及分布情況。

2 種粒識(shí)別裝置主要工作部件設(shè)計(jì)

種粒識(shí)別裝置由遮光箱體、控制器、觸發(fā)開關(guān)、攝像頭、光源等幾部分組成（見圖2），共同完成水稻育苗秧盤高速精量播種作業(yè)過程中育苗秧盤內(nèi)水稻種粒數(shù)量及分布識(shí)別工作。

2.1 遮光箱體

遮光箱體采用5面完全遮擋設(shè)計(jì)，由箱體罩及兩塊遮光板組成，可避免外界光源影響拍攝畫質(zhì)，從而影響系統(tǒng)對(duì)種粒數(shù)的識(shí)別精度，是整個(gè)識(shí)別裝置的主體框架。識(shí)別裝置的其它零部件（除觸發(fā)開關(guān)外）都固定其上，并由其確定攝像頭的高度與位置。箱體罩通過螺栓組固定在水稻育苗秧盤播種機(jī)框架上，位于播種器與第二覆土器之間。箱體罩前后兩側(cè)設(shè)計(jì)有插槽，遮光板放置于插槽內(nèi)，可根據(jù)不同育苗秧盤的高度調(diào)節(jié)插板位置，調(diào)節(jié)完成后用頂絲固定。

2.2 控制器

控制器包括中央處理芯片、觸摸顯示屏、系統(tǒng)軟件及其它輔助硬件，是整個(gè)識(shí)別裝置的“大腦”。其主要作用是接收觸發(fā)開關(guān)傳輸回的信號(hào)，控制攝像頭進(jìn)行拍照，將傳輸回的照片繼續(xù)分析處理，并將處理后的結(jié)果通過顯示屏展示出來(lái)。控制系統(tǒng)對(duì)攝像頭發(fā)回的照片進(jìn)行分析處理，將照片劃分成縱橫各4大小相等的16個(gè)區(qū)域，并標(biāo)示出每個(gè)區(qū)域內(nèi)的種粒數(shù)。通過對(duì)各個(gè)區(qū)域內(nèi)種粒數(shù)值的提取、分析，形成表格及分布曲線，更加直觀的反應(yīng)育苗秧盤播種機(jī)在育苗秧盤中播種的實(shí)際情況。由于水稻種子播種時(shí)會(huì)在育苗秧盤內(nèi)發(fā)生堆疊現(xiàn)象，為使系統(tǒng)更精準(zhǔn)地識(shí)別堆疊的水稻種子，需要讓系統(tǒng)對(duì)不同狀況的堆疊種粒進(jìn)行反復(fù)的識(shí)別、學(xué)習(xí)、分析，以便更高效、更精確的對(duì)種粒數(shù)進(jìn)行識(shí)別區(qū)分。

2.3 觸發(fā)開關(guān)

種粒識(shí)別裝置使用2個(gè)觸發(fā)開關(guān)，沿育苗秧盤前進(jìn)方向，安裝在育苗播種機(jī)框架上，1號(hào)觸發(fā)開關(guān)緊貼遮光箱體安裝，2號(hào)觸發(fā)開關(guān)與1號(hào)距離1/2秧盤長(zhǎng)度，當(dāng)育苗秧盤在傳送帶上運(yùn)行過程中觸碰到1號(hào)觸發(fā)開關(guān)時(shí)，1號(hào)觸發(fā)開關(guān)給控制系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，控制攝像頭拍攝照片。觸碰2號(hào)觸發(fā)開關(guān)時(shí)重復(fù)以上動(dòng)作，對(duì)該育苗秧盤拍攝第二張照片。

2.4 攝像頭

種粒識(shí)別裝置采用2個(gè)高速高清攝像頭，并列固定安裝在遮光箱體罩正上方，垂直于秧盤播種機(jī)傳送帶上平面，2個(gè)攝像頭中心相距60?mm，類似于人雙眼的瞳距，這樣拍攝的照片能夠呈現(xiàn)三維立體效果，更好地識(shí)別水稻種子，使系統(tǒng)識(shí)別出的種粒數(shù)更接近實(shí)際數(shù)值。

2.5 光源

遮光箱體采用封閉設(shè)計(jì)使箱體內(nèi)部空間光線極暗，為不影響拍攝效果，需在箱體內(nèi)部補(bǔ)充光源。識(shí)別裝置采用4根長(zhǎng)條形LED燈管作為光源，保證拍攝環(huán)境亮度充足、不閃爍，使拍攝效果達(dá)到最佳。

3 結(jié)論

水稻育苗高速精量播種粒數(shù)識(shí)別裝置，可以直觀地反應(yīng)育苗秧盤內(nèi)種粒分布情況，使工作人員及時(shí)了解每一個(gè)秧盤的播種狀況，發(fā)現(xiàn)播種作業(yè)不合格的秧盤。同時(shí)，裝置也可以用于實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域，通過識(shí)別裝置采集的圖片、分析數(shù)據(jù)，以及生成的表格、曲線等，反應(yīng)水稻育苗秧盤播種作業(yè)的實(shí)際情況，幫助研究人員對(duì)播種情況進(jìn)行有效分析。裝置的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，對(duì)水稻育苗播種作業(yè)質(zhì)量提高、科研人員開展相關(guān)研究具有輔助作用。

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Design?of?a?Device?for?Identifying?Grain?Number?of?Rice

Seedings?with?High?Speed?and?Precision

AN?Hefeng

（Liaoning?Institute?of?Agricultural?Mechanization，?Shenyang?110161，?China）

Abstract：?In?order?to?master?the?seeding?quantity?and?seed?grain?distribution?of?rice?seeding?with?high?speed?and?precision，?a?device?for?identifying?the?grain?number?of?rice?seedings?with?high?speed?and?precision?was?designed?by?using?video?identification?and?analysis?technology.?By?identifying?and?collecting?pictures?and?analyzing?data，?the?distribution?of?seed?grains?in?the?seedling?tray?can?be?directly?reflected，?which?is?of?great?significance?to?improve?the?quality?of?rice?seedling?and?sowing.

Key?words：?grain?number;?high?speed?and?precision?seeding;?design;?seeding?quantity