一种杂交稻钵体盘播种性能参数精密检测方法技术

本发明专利技术涉及一种杂交稻钵体盘播种性能参数精密检测方法，该法用于含Linux操作系统及开源跨平台视觉库OPENCV开发出的智能恒量播种检测系统中，实现钵体盘在杂交稻育秧播种时，对其播种性能参数进行精确检测。其包括：种子包衣预处理，秧盘播种作业，秧盘原始图像采集，种子图像处理，钵体盘网格图像处理，最终提取特征参数，建立随机决策森林算法，对播种性能参数精确检测。该法实现对杂交稻钵体盘育秧播种性能参数的精准检测，检测效果好，速度快，算法精度高，同时为后续的播量优化调控、恒量播种奠定了研究基础。

A precise test method for performance parameters of hybrid rice in bowl and tray

【技术实现步骤摘要】
一种杂交稻钵体盘播种性能参数精密检测方法
本专利技术属于农业智能检测，具体为一种杂交稻钵体盘播种性能参数精密检测方法。
技术介绍
我国杂交稻种植面积占水稻种植总面积的50％，约1500万公顷。杂交稻因具有超强的分蘖能力，可增加有效穗数，根据杂交稻的这一生长特性，通常要求低播量，穴播精密育秧时，要保证2-3粒/穴。因育秧作业前需要对种子催芽后播种，播种期间种芽长度、种子含水量和种子尺寸都会发生不一致的变化，影响播种性能。因此，有必要在播种过程中对钵体盘每穴的播量进行精确检测，及时发现播种状态的变化，为后续调控播量或补种工作提供依据，以保证秧盘上每穴的种子数基本保持一致，达到智能恒量精密播种作业要求。在欧美国家，不少学者对粘连的谷物进行分割和计数等研究。加拿大的ZHANGG等人用椭圆拟合的方法分割粘连的谷物及计数。上述对粘连谷物的分割及计数算法研究只限于粘连程度低的谷物，当谷物出现重叠或粘连程度复杂的情况时，算法精度不高。国内齐龙等人利用机器视觉和虚拟技术实现超级稻秧盘空穴、单粒、双粒以上3种情况的在线检测；王辰星等人在图像处理方面利用面积法和分水岭分割算法检测出秧盘秧穴内的播种粒数，对空穴和单粒种子检测效率较高；谭穗妍等人提出一种基于模式分类器的超级杂交稻连通区域播种量识别分类方法，对选择不同的特征值组合及构建BP神经网络作为稻种连通区域播种量模式识别器，针对传统的灰度均值、面积法或椭圆拟合法对存在重叠、交叉、粘连谷物的颗粒数检测精度低，对连通区域进行多特征提取和特征优选分析，对连通区域为碎米/杂质、1粒、2粒、3粒、4粒及5粒以上的6种情况进行识别分类，实现超级杂交稻播种量的精确检测。马旭等人提出一种改进分水岭分割算法和改进SUSAN算子实现粘连杂交稻的分割和计数自动化检测，改进的SUSAN算子基于自适应模板圆半径，能有效检测超级杂交稻连通区域轮廓的角点。董文浩等人结合高效自动化育秧生产线实际工况，依据“闭环反馈控制”的思想设计，研发了一种秧盘育秧智能恒量精密播种装置，实时保证播种量在恒定范围内，达到智能恒量精密播种的目的。目前对于秧盘播种性能检测技术主要针对秧盘空穴和单粒播种量检测效果较好，但是当种子出现粘连、重叠情况，检测效果差，且检测种子数量种类简单，当播种量增加检测精度急剧下降；其次检测装置及方法多用于毯状秧盘(目前对于钵体盘播种性能精确检测存在问题，钵体盘内的床土与种子的灰度值接近，在进行图像处理分析时，无法较好提取出种子的二值化图像；且对钵体盘的网格进行图像采集时，存在严重的反光现象，不便于从图像中分离出秧盘网格)，对钵体穴盘的播量精确检测研究方面鲜有研究。综上，为实现对育秧播种生产线上钵体盘育秧时的播量精密检测，现亟需研发出一种算法精度高、检测效果好的钵体穴盘精密检测方法，为后续的播量控制、优化，恒量播种奠定基础。
技术实现思路
针对现有技术的缺点，本专利技术的目的是提供一种杂交稻钵体盘播种性能参数精密检测方法，本方法实现对杂交稻钵体盘育秧播种性能参数的精准检测，速度快，算法精度高，检测效果好，同时为后续的播量优化调控、恒量播种奠定了研究基础。本专利技术涉及一种杂交稻钵体盘播种性能参数精密检测方法，该法用于含Linux操作系统，开源跨平台视觉库OPENCV开发出的智能恒量播种检测系统之中；实现钵体盘在杂交稻育秧播种时，对其播种性能参数进行精确检测。具体包括(1)种子包衣预处理；(2)秧盘播种作业；(3)秧盘原始图像采集；(4)种子图像处理，具体涉及图像颜色空间转换，种子图像灰度、二值化，膨胀腐蚀运算，获取图像连通区域；(5)钵体盘网格图像处理，具体涉及图像颜色空间转换，网格图像灰度、二值化，利用投影法将二值化图像上每行、每列的像素相加，计算行列像素及峰值点，得出横纵网格线，优选定位检测区域或秧穴；(6)提取特征参数、建立随机决策森林算法，最终对钵体盘的播种性能参数进行精准检测。上述秧盘与种子的图像的采集、分析处理是在含智能恒量播量检测系统的自动化育秧生产线上完成的。该检测系统安装于育秧流水线上铺床土装置与精密播种装置的后方，其中检测系统包括含高清摄像头的图像采集模块、图像处理分析模块。工作时，铺土、播种后的秧盘经过智能恒量播量检测系统，高清摄像头进行图像采集作业，图像处理分析模块对采集到的图像进行处理。上述权利要求1中的步骤(4)具体涉及种子图像处理：S1)采集到有效种子图像后，对图像进行颜色空间转换。RGB图像转换为HSV颜色空间，设置S、V分量阈值，对采集到原始图像进行数据分析过滤，从原始图像中分离出种子的图像；S2)将上步分离出种子的图像进行灰度、二值化，膨胀腐蚀形态滤波运算处理，滤掉非种子图像上的干扰点，最终得到种子的二值化图像；S3)对种子二值化图像进行边界扫描，获取种子连通区域。上述权利要求1中的步骤(5)具体涉及钵体盘网格图像处理：S1)对钵体苗网格原始图像进行颜色空间转换。将采集到的RGB图像转换为Lab颜色空间，仅针对b分量设置阈值，对原始图像进行数据分析过滤，分离出钵体盘种穴的网格图像；S2)将上步提取出的钵体苗网格图像进行灰度、二值化，膨胀腐蚀形态滤波运算处理，滤掉非网格图像的干扰点，最终得到网格二值化图像；S3)利用投影法将二值化图像上每行每列像素相加，计算行、列像素及峰值点，得出横纵网格线，优选定位检测区域与秧穴。上述权利要求1中的步骤(6)具体涉及提取特征参数、建立随机决策森林算法，最终对播种效果精准检测分析。S1)根据权利要求4的(S3)所述的优选出定位检测区域与秧穴，即可切分出种子的连通区域图像；S2)获取每个切分后的切片图像内的连通区域的特征参数；S3)根据样本学习时建立的随机森林树对特征参数进行预测，得出每个切片图像内的种子数量；S4)即可统计分析出每个切片内的种子数量、所有切片的种子总量及其空穴率。上述权利要求5中的(S3)具体涉及对获取到的种子连通区域的面积、周长、不变矩等参数进行特征提取。其中不变矩主要表征了图像区域的几何特征，具有旋转、平移、尺度的不变性。不变矩可以作为一个重要的特征来表示物体，而且使用边界序列的矩比基于面积的矩会获得较低概率的误分类，降低计算量。上述权利要求4中的(S3)具体涉及投影法，优选出定位检测区域与秧穴。其中所述的投影法为：对钵体盘网格二值化图像沿水平和垂直方向分别作投影，垂直方向和水平方向均有一系列的波峰和波谷，各自代表相应行和列钵体盘网格像素数量。为配套自动化育秧生产线上钵体盘育秧时的播量精密检测系统，所述的杂交稻种需进行种子包衣预处理。具体为利用粘着剂或成膜剂，将杀菌剂、杀虫剂、微肥、植物生长调节剂等成分包裹在种子外面。本专利技术与现有技术相比具有以下的有益效果：(1)采集到有效种子图像后，对图像进行颜色空间转换。RGB图像转换为HSV颜色空间，设置S、V分量阈值，对采集到原始图像进行数据分析过滤，从原始图像中较好地分离出种子的图像；(2)对钵体苗网格原始图像进行颜色空间转换。将采集到的RGB图像转换为Lab颜色空间，仅针对b分量设置阈值，对原始本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种杂交稻钵体盘播种性能参数精密检测方法，该方法用于含Linux操作系统及开源跨平台视觉库OPENCV开发出的智能恒量播种检测系统中，实现钵体盘在杂交稻育秧播种时，对其播种性能参数进行精准检测。其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n(1)种子包衣预处理；/n(2)秧盘播种作业；/n(3)秧盘原始图像采集，包括种子图像采集和钵体盘网格图像采集；/n(4)对所采集的种子图像进行处理，具体涉及图像颜色空间转换、种子图像灰度及二值化、膨胀腐蚀运算以及获取图像连通区域；/n(5)对所采集的钵体盘网格图像进行处理，具体涉及图像颜色空间转换、网格图像灰度及二值化、利用投影法将二值化图像上每行及每列的像素相加、计算行列像素及峰值点、得出横纵网格线以及优选定位检测区域或秧穴；/n(6)提取特征参数并建立随机决策森林算法，最终对杂交稻钵体盘的播种性能参数进行精准检测。/n

【技术特征摘要】
1.一种杂交稻钵体盘播种性能参数精密检测方法，该方法用于含Linux操作系统及开源跨平台视觉库OPENCV开发出的智能恒量播种检测系统中，实现钵体盘在杂交稻育秧播种时，对其播种性能参数进行精准检测。其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)种子包衣预处理；
(2)秧盘播种作业；
(3)秧盘原始图像采集，包括种子图像采集和钵体盘网格图像采集；
(4)对所采集的种子图像进行处理，具体涉及图像颜色空间转换、种子图像灰度及二值化、膨胀腐蚀运算以及获取图像连通区域；
(5)对所采集的钵体盘网格图像进行处理，具体涉及图像颜色空间转换、网格图像灰度及二值化、利用投影法将二值化图像上每行及每列的像素相加、计算行列像素及峰值点、得出横纵网格线以及优选定位检测区域或秧穴；
(6)提取特征参数并建立随机决策森林算法，最终对杂交稻钵体盘的播种性能参数进行精准检测。


2.根据权利要求1所述的一种杂交稻钵体盘播种性能参数精密检测方法，其特征在于：上述秧盘与种子的图像的采集以及分析处理是在含智能恒量播量检测系统的自动化育秧生产线上完成的，该检测系统安装于育秧流水线上铺床土装置与精密播种装置的后方，其中检测系统包括含高清摄像头的图像采集模块以及图像处理分析模块，当铺土及播种后的秧盘经过智能恒量播量检测系统时，由高清摄像头进行图像采集作业并传送给图像处理分析模块对采集到的图像进行处理。


3.根据权利要求1和2所述的一种杂交稻钵体盘播种性能参数精密检测方法，其特征在于：上述权利要求1中的步骤(4)具体涉及种子图像处理：
S1)采集到有效种子图像后，对图像进行颜色空间转换。RGB图像转换为HSV颜色空间，设置S、V分量阈值，对采集到原始图像进行数据分析过滤，从原始图像中分离出种子的图像；
S2)将上步分离出种子的图像进行灰度、二值化，膨胀腐蚀形态滤波运算处理，滤掉非种子图像上的干扰点，最终得到种子的二值化图像；
S3)对种子二值化图像进行边界扫描，获取种子连通区域。


4.根据权利要求1或2所述的一种杂交稻钵体盘播种性能参数精密检测方法，其特征在于：上述权利要求1中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晨曦，戴丽，
申请(专利权)人：杨晨曦，
类型：发明
国别省市：湖南;43