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        LabVIEW圖像處理技術(shù)在超級稻精密播種中的應(yīng)用研究

        2015-12-22 07:50:18梁秋艷周海波孫紅旗李洪波劉冠喬佳木斯大學(xué)機械工程學(xué)院黑龍江佳木斯154007
        安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2015年23期
        關(guān)鍵詞:補種秧盤鄰接矩陣

        梁秋艷,周海波,潘 鍥,孫紅旗,李洪波,劉冠喬 (佳木斯大學(xué)機械工程學(xué)院,黑龍江佳木斯154007)

        超級稻與常規(guī)水稻(雜交稻和常規(guī)稻)在種植上的不同之處在于秧盤育秧播種技術(shù)的要求由原來的常規(guī)水稻大于3粒/穴(取秧面積)的精少播種,提升為2±1粒/穴(取秧面積)的精量播種[1-2]。要實現(xiàn)超級稻秧盤育秧精量播種、提高成秧率,空穴檢測以及對秧盤空穴進行精確補種是關(guān)鍵技術(shù)。應(yīng)用LabVIEW可以方便快捷地對播種過程中采集到的圖像進行處理,及時檢測出空穴位置并進行精確補種[3]。

        1 LabVIEW圖像處理

        使用LabVIEW對圖像進行處理時必須預(yù)先在內(nèi)存中開辟一段空間給圖像,然后才能對其進行各種操作,并將當(dāng)前圖像類型轉(zhuǎn)換為指定的圖像類型。如果指定一個查找表,IMAQ計算圖像VI將圖像轉(zhuǎn)換為使用同一個查找表。如果從一張16位圖像轉(zhuǎn)化為一張8位圖像,VI執(zhí)行這種轉(zhuǎn)換由16位像素值轉(zhuǎn)移到正確的指定數(shù)量的轉(zhuǎn)移操作,然后刪除一個8位值。圖像的灰度變換是分別在R域、G域和B域進行,經(jīng)過這些變換,圖像由原來的彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像。

        閥值的選擇直接影響到二值化處理后圖像的結(jié)果,所以在圖像的二值化過程中要選擇合適的閥值,選擇合適的閥值大小可以減少二值化后圖像上出現(xiàn)的噪聲,使得圖像背景相對單一[4]。

        掩膜是用選定的圖像、圖形或物體,對待處理的圖像(全部或局部)進行遮擋,來控制圖像處理的區(qū)域或處理過程。建立掩膜前首先設(shè)置掩膜的坐標,設(shè)置好掩膜的形狀后,輸入坐標。然后將坐標所示的圖形設(shè)置為感興趣區(qū)域,將感興趣區(qū)域轉(zhuǎn)化成掩膜,建立完掩膜后還可以檢驗掩膜是否正確。

        2 LabVIEW在空穴檢測中的應(yīng)用

        空穴檢測系統(tǒng)所需要的硬件設(shè)備主要有CCD攝像機、圖像采集卡、數(shù)據(jù)采集卡、行程開關(guān)傳感器、光箱和計算機。系統(tǒng)工作前,根據(jù)所采用的缽體秧盤規(guī)格,調(diào)整攝像機的安裝高度,研究采用的缽體秧盤規(guī)格為25×15穴,預(yù)拍攝區(qū)域為5行×15列的范圍,CCD攝像機的安裝高度約為700 mm[5-6]。利用CCD攝像機和圖像采集卡對缽體秧盤圖像進行了連續(xù)拍攝,在實際操作中,處理與分析一幅圖片的總耗時約為0.26 s。經(jīng)圖像處理并檢驗后得到二值掩模圖像,根據(jù)圖像處理結(jié)果,將每個掩模內(nèi)的灰度均值統(tǒng)計結(jié)果儲存在數(shù)組R中。選取3組不同的缽體秧盤圖像進行處理,所得到的試驗結(jié)果見圖1~3。

        在第三組5行×15列的缽體秧盤圖像中有空穴的位置,數(shù)組R的統(tǒng)計結(jié)果表現(xiàn)的灰度均值均為0,將數(shù)組R中的數(shù)據(jù)存入當(dāng)前第i個缽體秧盤的穴孔數(shù)組Rimn的前5行里,根據(jù)拍攝間隔,依次完成整個缽體秧盤的空穴檢測。

        3 LabVIEW在鄰接矩陣運算中的應(yīng)用

        采用機械臂式點位控制補種技術(shù),秧盤一直在運動,所以第一行先出現(xiàn),也就是運動軌跡是從第一行開始的,這樣可以應(yīng)用鄰接矩陣來求解最短補種軌跡,并且數(shù)組在Lab-VIEW下容易運算與編程。應(yīng)用LabVIEW對空穴坐標進行讀取,由于是5個頂點的無向圖,所以鄰接矩陣為對稱矩陣,點與點之間的距離根據(jù)秧盤的結(jié)構(gòu)圖(圖4)換算出距離,而對角線上的點是不存在的,可以用0代替。

        根據(jù)圖像區(qū)域大小,圖4中各參數(shù)取值如下(單位:mm):D=20;a=4;b=6。

        生成鄰接矩陣的流程見圖5。利用捕獲到的5個空穴坐標,將5個坐標中兩兩坐標間的距離生成對稱矩陣?;贚abVIEW的程序如圖6所示,前面板輸出的鄰接對稱矩陣見圖7。從圖7可以看出,輸出LabVIEW程序準確地輸出了5行5列的對稱矩陣,該矩陣作為鄰接矩陣為求解最優(yōu)補種軌跡打下良好基礎(chǔ)。

        4 結(jié)論

        (1)利用CCD攝像機和圖像采集卡對缽體秧盤圖像進行連續(xù)拍攝,經(jīng)LabVIEW圖像處理并檢驗后得到二值掩模圖像,根據(jù)圖像處理結(jié)果,將每個掩模內(nèi)的灰度均值統(tǒng)計結(jié)果儲存在數(shù)組R中,根據(jù)拍攝間隔,可依次完成整個缽體秧盤的空穴檢測。

        (2)對空穴坐標進行讀取后,應(yīng)用LabVIEW編程生成鄰接矩陣,應(yīng)用鄰接矩陣可以求解最優(yōu)補種軌跡。

        [1]馬成林.精密播種理論[M].長春:吉林科學(xué)技術(shù)出版社,1999.

        [2]何文洪,陳惠哲,朱德峰.不同播種量對水稻機插秧苗素質(zhì)及產(chǎn)量的影響[J].中國稻米,2008(3):60 -62.

        [3]周海波,馬旭,王俊發(fā),等.超級稻育秧播種的缽體盤圖像分析技術(shù)與應(yīng)用研究[C]//劉國權(quán),王忠.第十二屆中國體視學(xué)與圖像分析學(xué)術(shù)會議,論文集.中國體視學(xué)學(xué)會,2008:465-468.

        [4]張云亮,馮平法,鮑晟.LabVIEW在大數(shù)據(jù)量采集與處理軟件中的應(yīng)用[J].自動化儀表,2012,33(7):19 -20.

        [5]周海波,馬旭,玉大略,等.2CYL-450型水稻秧盤育秧播種流水線的研制[J].農(nóng)機化研究,2008(11):95-97.

        [6]齊龍,馬旭,周海波.基于機器視覺的超級稻秧盤育秧播種空穴檢測技術(shù)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2009,25(2):121 -125.

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