基于机器视觉的烟草打顶抑芽检测控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于机器视觉的烟草打顶抑芽机检测控制系统，属于烟草田间管 理机械。
【背景技术】
[0002] 目前我国烟草打顶抑芽作业基本靠人工完成，而人工打顶工作效率低，劳动强度 大，人为干扰因素明显。而利用机器视觉技术，通过结合颜色特征提取和梯度差值判断，可 W有效识别烟顶位置，利用工业控制机及单片机控制打顶装置完成打顶抑芽作业，能够提 高作业效率和作业效果。
[0003] 随着机器视觉技术在农业中的不断应用，机器视觉技术在烟草农业W及烟草工业 中的应用日益得到关注，在烟叶面积测量、鲜烟叶含水量测定、烟叶分级、烟叶成熟度判断、 烟叶除杂等方面不断研究，并随着机器视觉技术的成熟发展，机器视觉技术在质量检测、临 控和分炼等生产过程得到大量发展，节省大量人力、物力，提高了生产效率，但目前烟草打 顶技术尚不成熟，打顶效率满足不了烟草生产要求，因此，我们将机器视觉技术应用到烟草 打顶抑芽作业中，不仅拓展机器视觉在农业上的应用范围，而且对提高烟草生产率，发展烟 草智能化生产具有重要意义。
【发明内容】
[0004] 为了解决上述问题，本发明提供了一种基于机器视觉的烟草打顶抑芽机检测控制 系统。将本发明安装在现有烟草打顶抑芽机上，能够快速实时监测烟顶高度，控制打顶装置 完成精准打顶作业，降低烟草打顶劳动强度，提升烟草打顶效率，加快烟草作业的智能化进 程。本发明可完成同时对两行烟草进行烟顶位置检测及打顶抑芽作业，两行作业互不干扰。
[0005] 本发明采用的技术方案如下：
[0006] -种基于机器视觉的烟草打顶抑芽机检测控制系统，包括烟株顶端位置检测系统 和打顶抑芽控制系统。所述烟株顶端位置检测系统具有图像采集，图像处理和烟花顶端位 置定位的功能。所述打顶抑芽控制系统主要用于执行工业控制机指令，控制打顶装置移动 和控制电磁阀的通电与断开。
[0007] 所述烟株顶端位置检测系统包括图像采集模块、图像处理模块、烟株顶端位置定 位模块;所述图像处理模块、烟株顶端位置定位模块存储在工业控制机内；所述图像采集模 块包括摄像头和背景板，用于采集图像信息;所述图像处理模块用于对图像采集模块得到 的图像信息进行分析处理，判断确定烟株顶端的烟花位置;若检测到烟花位置，将信息传送 给烟株顶端位置定位模块;所述烟株顶端位置定位模块对烟花信息进行定位，确定打顶装 置需要移动的距离。
[000引打顶抑芽机前端对称安装两个打顶装置，所述背景板沿烟垄方向竖直固定在两个 打顶装置中间，利用背景板消除采集图像信息中其他颜色对烟花识别造成的干扰;两个摄 像头对称固定在两个打顶装置外侧;摄像头通过USB接线连接工业控制机；田间作业时，每 个打顶装置对应一行烟垄;背景板位于两行烟垄正中间，每个摄像头位于对应一侧烟垄的 外侧，摄像头对准烟草植株，摄像头采集图像，并将采集到的图像传输到工业控制机上;所 述背景板选取与潘通色卡TCX色卡上17-5430色号颜色一致的绿色印染布制作。
[0009] 所述图像处理模块对采集到的原始图像中间第240列像素做为数据源进行处理， 采用梯度差判别法从上往下计算该列每个像素点R数值与背景板的R数值之间的梯度差值 T，该列从上往下符合设定值Τ〉200的第一个像素点判定为检测到烟花信息，即为烟株顶端 的烟花位置;若图像中间列每个像素点梯度差值Τ<200,判定为没有检测到烟花信息。检测 到烟花信息后，图像处理模块将烟花位置信息发送给烟株顶端位置定位模块，同时图像处 理模块停止对图像进行处理。
[0010] 所述烟株顶端位置定位模块对收到的烟花位置信息进行计算处理，确定打顶装置 到烟花位置进行打顶的移动距离，并将移动信息发送给单片机。
[0011] 所述打顶抑芽控制系统包括单片机、电源模块、步进电机、步进电机驱动器、继电 器和电磁阀；单片机接收到工业控制机发送的打顶装置移动距离，向步进电机驱动器发送 脉冲信号，驱动步进电机控制烟草打顶机的打顶装置移动到指定位置完成打顶作业；当电 磁阀随打顶抑芽机前行到位于刚完成打顶的烟花上端位置时，单片机向继电器发出信号， 继电器通电，控制电磁阀完成喷洒抑芽剂的动作;喷洒动作完成后，单片机向工业控制机发 送信号，图像处理模块开始对下一个图像的检测处理，W完成下一个喷洒抑芽剂的动作。
[0012] 每个打顶装置安装一个打顶抑芽控制系统。所述单片机通过RS232串口通讯与工 业控制机相连，单片机内存储有打顶装置控制模块和抑芽剂喷洒控制模块，打顶装置控制 模块用于控制打顶装置的升降；抑芽剂喷洒控制模块用于控制电磁阀的通电与断开;作业 时可根据打顶机行进速度确定抑芽剂喷洒量及延迟时间。
[0013] 所述单片机、步进电机驱动器、步进电机、继电器、电源模块固定在烟草打顶抑芽 机前端两个打顶装置之间;所述步进电机驱动器一端连接单片机，另一端连接步进电机;步 进电机另一端连接打顶装置;所述继电器一端连接电磁阀，另一端连接单片机;所述电磁阀 固定在打顶装置后面，电磁阀通过管道连接烟草打顶抑芽机上的药箱，药箱内装有抑芽剂； 所述电源模块连接烟草打顶机上的电瓶，给单片机、步进电机驱动器、步进电机、电磁阀和 继电器供电。
[0014] 每个打顶装置的打顶抑芽检测控制系统分别完成该打顶装置对应一垄烟草植株 的图像采集、处理、烟花顶端位置定位、控制打顶装置打顶及喷洒抑芽剂工作，两行作业互 不干扰。
[0015] 本发明提供一种基于机器视觉的烟草打顶机的检控制测系统，其中烟株顶端位置 检测系统能够准确检测出烟株的顶端位置，打顶抑芽控制系统能够精确控制打顶装置完成 对烟株的顶端打顶抑芽工作，打顶抑芽效果满足烟草打顶农艺要求。本发明对初花期烟苗 植株的识别率高，可实现连续、高效、自动化作业，不仅降低了烟草打顶劳动强度，同时提升 烟草机械的智能化水平。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明的系统结构原理图
[0017] 图2为本发明的工作流程图
[001引图3为烟草图像G分量Ξ维图
[0019] 图4为烟草图像B分量Ξ维图
[0020] 图5为烟草图像R分量Ξ维图
[0021] 图6为本发明的烟草定位方式图
[0022] 图中：1.工业控制机2.烟苗3.摄像头4.单片机5.电机驱动器6.步进电机7. 打顶装置8.继电器9.电磁阀10.背景板
【具体实施方式】
[0023] 实施例1
[0024] W下【具体实施方式】用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0025] 本发明所设及到控制系统硬件部分如工业控制机、摄像头、单片机、步进电机驱动 器、步进电机、电磁阀均可市购;如本实施例使用的工业控制机为索奇T1217工控机，摄像头 型号为普通民用摄像头，分辨率为640*480,单片机为89C52R单片机，步进电机为 86BYGH450C-02步进电机，步进电机驱动器为CF20611D驱动器。本发明所设及的各种控制模 块均可根据现有技术进行编程，利用keil软件完成对相关控制程序的编程，W实现其控制 功能。
[0026] 如图2所示是检测控制系统的工作流程图，本发明的烟草打顶抑芽机检测控制系 统，工作时包括两个步骤:烟株顶端位置检测和控制打顶机械完成打顶抑芽作业。使用时， 将本发明安装在烟草打顶抑芽机上。具体工作步骤如下：
[0027] 1.工作前，通过调整摄像头的焦距改变摄像头的视野范围，使普通摄像头(3)在背 景板（10)上采集的烟草图像高度为40cm，打顶装置起始位置与摄像头视野范围最低端平 行。打开工业控制机(1)内的烟草打顶抑芽检测控制系统，同时打开单片机(4)。
[0028] 2.烟株图像采集。田间作业时，背景板（10)位于两行烟垄正中间，每个摄像头(3) 位于对应一侧烟垄的外侧，当烟草打顶抑芽机前进时，图像采集模块的普通摄像头(3)采集 烟草植株的图像信息，并通过usb线将图像传输到工业控制机(1)上。
[0029] 3.图像处理。工业控制机上的图像处理模块读入原始图像，对原始图像进行处理， 抓取原始图像中间第240列像素为数据源，提取该列数据源的颜色特征中R数值，并从上往 下对该列每个像素点R数值与背景板的R数值求得梯度差值T，若该列每个像素点梯度差值T <200,判定为没有检测烟株顶端位置的烟花信息，若当某列中某像素点差值满足Τ〉200时， 判定为检测到了烟株顶端烟花