玉米種子輪廓的提取及識(shí)別裝置的研究與實(shí)現(xiàn)①

徐建東， 孫迎春， 孫 鶴， 黃金俠， 常 亮， 郝 兵

(佳木斯大學(xué)信息電子技術(shù)學(xué)院，黑龍江佳木斯 154007)

0 引言

據(jù)世界農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計(jì)，玉米是世界上種植范圍分布最廣的農(nóng)作物之一.在農(nóng)業(yè)種植的區(qū)域中，由于其生長(zhǎng)特點(diǎn)，主要分布在北緯58°到南緯35°～40°.由于氣候地理位置等原因，北美洲種植面積最大，亞洲排第二，非洲和拉丁美洲次之.在世界的農(nóng)作物種植方面，玉米的栽培面積和總產(chǎn)量居第三位，僅次于小麥和水稻[1].玉米也是全球貿(mào)易的主要商品之一，在過(guò)去的幾十年中，世界玉米進(jìn)出口貿(mào)易量有較大幅度的增長(zhǎng).隨著世界人口的不斷增長(zhǎng)和全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們對(duì)玉米的需求也不斷增加，玉米貿(mào)易的規(guī)模也隨之?dāng)U大.

自上世紀(jì)90年代之后，隨著玉米播種面積的不斷增加和農(nóng)業(yè)雜交技術(shù)的廣泛采用，我國(guó)玉米生產(chǎn)技術(shù)有了較快的發(fā)展[2]，我國(guó)的玉米產(chǎn)量占糧食總產(chǎn)量的比重已經(jīng)由上世紀(jì)80年代初的18%提高到90年代末的27%，因此玉米生產(chǎn)是我國(guó)糧食生產(chǎn)中最為活躍的因素.

雖然我國(guó)玉米的種植面積較大，但單位產(chǎn)量不是很高，與其他農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比還處于中游水平;由于，我國(guó)的土地種植面積有限，因此未來(lái)我國(guó)播種面積擴(kuò)大的可能性較小，因此必修要依靠農(nóng)業(yè)科技[3]，改善種植效率，提高單位產(chǎn)量，這將是我國(guó)未來(lái)玉米種植與生產(chǎn)的必然趨勢(shì);所以，提高玉米播種種子的品質(zhì)具有重要的意義.

目前，玉米種子優(yōu)良性檢測(cè)主要依靠人工感官評(píng)定方法進(jìn)行檢測(cè)，受主觀因素影響較大，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確度較低，可重復(fù)性較差[4].隨著計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的逐漸成熟，以及計(jì)算機(jī)硬件處理速度的提高，利用計(jì)算機(jī)視覺進(jìn)行種子質(zhì)量檢驗(yàn)具有可行性與必然性.

根據(jù)我國(guó)《農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程》的要求，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn) GB/T3543.1－3543.7－1995[5]中規(guī)定，玉米種子品質(zhì)檢測(cè)主要有田間小區(qū)種植鑒定、種苗形態(tài)鑒定、籽粒形態(tài)鑒定、蛋白質(zhì)電泳檢驗(yàn)法.

所采用的方法是籽粒形態(tài)鑒定法，本文根據(jù)種子的長(zhǎng)度、寬度、顏色、大小、粒形、粒色、籽粒質(zhì)地等外觀形態(tài)特征，研究快速、準(zhǔn)確、適用的玉米種子品質(zhì)檢測(cè)方法，有助于提高玉米種子質(zhì)量.

圖1 采集箱外部圖

在玉米種子品質(zhì)的識(shí)別工作方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)做了大量的研究，在玉米品質(zhì)外觀識(shí)別方法取得了顯著成效.但是，目前的各種識(shí)別方法對(duì)玉米種子圖像的獲取條件限定較多，在進(jìn)行特征提取時(shí)的算法也比較復(fù)雜，同時(shí)，在識(shí)別裝置設(shè)計(jì)方面，都還處于初級(jí)階段，如何能研究出較好的識(shí)別方法及簡(jiǎn)單的識(shí)別裝置，是玉米種子識(shí)別工作的發(fā)展趨勢(shì).

圖2 采集CCD支架

圖3 采集光源

1 本文設(shè)計(jì)的玉米種子識(shí)別裝置

玉米種子識(shí)別裝置如下圖所示:

本文設(shè)計(jì)的玉米種子識(shí)別裝置可以利用CCD攝像頭采集到玉米圖片，通過(guò)可調(diào)整光源調(diào)整亮度，達(dá)到較好的圖片采集效果.

2 輪廓識(shí)別方法

玉米種子是否優(yōu)良，其完整性就是一個(gè)重要的參數(shù);本文利用形態(tài)學(xué)邊緣檢測(cè)方法，對(duì)玉米種子進(jìn)行輪廓識(shí)別，仿真結(jié)果如下圖所示:

3 結(jié)論

(1)通過(guò)大量的文獻(xiàn)論證表明玉米的識(shí)別工作已經(jīng)開展很久了，同時(shí)對(duì)于玉米種子的識(shí)別技術(shù)也不斷更新，如何提高玉米種子的識(shí)別效果一直是研究者的追求目標(biāo).

(2)針對(duì)目前所有文獻(xiàn)都沒(méi)有提到識(shí)別裝置的問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)出了識(shí)別裝置.

圖4 處理后的玉米圖像

圖5 提取的輪廓圖

(3)根據(jù)玉米種子的外觀特征，本文提出利用形態(tài)學(xué)方法提取玉米的輪廓特征.為玉米種子識(shí)別工作奠定了基礎(chǔ).

[1]路立平，趙化春，趙娜，等.世界玉米產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展前景[J].玉米科學(xué)，2006:149－151.

[2]董樹亭，張吉旺.建立玉米現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系，加快玉米生產(chǎn)發(fā)展[J].玉米科學(xué)，2006:18－20.

[3]杜彥朝，趙偉，陳鋼.我國(guó)玉米單粒精播的發(fā)展趨勢(shì)[J].種子世界，2011，(1):1－4.

[4]鄭敏江.基于數(shù)字圖像處理的玉米種子質(zhì)量分級(jí)方法研究[D].武漢:武漢理工大學(xué)，2009.

[5]GB/T3543.1－3543.7－1995.農(nóng)作物種子檢驗(yàn)規(guī)程.國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)布[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社.