摘要:針對(duì)穴盤苗出現(xiàn)空穴和不合格壞苗，影響蔬菜種苗銷售價(jià)格，不利于機(jī)械化移栽及后續(xù)栽培，而人工剔苗補(bǔ)苗費(fèi)時(shí)費(fèi)力的問(wèn)題，提出了利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)檢測(cè)穴盤苗空穴及不合格苗、傳輸檢測(cè)結(jié)果的方法，為穴盤苗自動(dòng)化剔除空穴與不合格苗及補(bǔ)苗作業(yè)提供技術(shù)基礎(chǔ)。穴盤苗空穴及不合格苗檢測(cè)硬件系統(tǒng)由工業(yè)相機(jī)、PC機(jī)及PLC構(gòu)成，通過(guò)CKVisionBuilder軟件對(duì)圖像進(jìn)行處理，獲取每個(gè)穴孔區(qū)域的像素?cái)?shù)量，判斷幼苗狀態(tài)，并將獲取的判斷結(jié)果傳輸至PLC中。試驗(yàn)結(jié)果表明:苗齡13天的72穴意大利生菜、白玫瑰白菜及廣府1號(hào)油菜心穴盤苗壞穴的檢測(cè)正確率達(dá)到95．8%以上。

　　關(guān)鍵詞:穴盤苗檢測(cè);機(jī)器視覺(jué);閾值分割

　　0引言

　　穴盤育苗技術(shù)具有節(jié)約土地、幼苗易成活及有利于規(guī)模化生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于蔬菜、花卉的生產(chǎn)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)蔬菜種子發(fā)芽率要求大于85%，受種子質(zhì)量、育苗環(huán)境及播種質(zhì)量影響，穴盤苗的空穴率將超過(guò)15%［1］，不利于成品苗的出售或后續(xù)機(jī)械化移栽。目前，剔苗、補(bǔ)苗多以人工方式為主［2］，由于不合格穴孔位置幼苗長(zhǎng)勢(shì)差或未出苗，人手不易將基質(zhì)取出，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而采用自動(dòng)化剔苗方式可以提高剔苗效率、節(jié)省勞動(dòng)力、提高效益［3－4］。為此，提出了利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)檢測(cè)穴盤苗空穴與不合格苗及傳輸檢測(cè)結(jié)果的方法，為穴盤苗自動(dòng)化剔除空穴與不合格苗及補(bǔ)苗作業(yè)提供技術(shù)基礎(chǔ)。

　　1檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成

　　1．1硬件組成

　　搭建如圖1所示的試驗(yàn)平臺(tái)，包括機(jī)架、輸送帶、穴盤定位氣缸等。

　　系統(tǒng)采用CK－JV200CI型CCD工業(yè)相機(jī)，有效像素200萬(wàn)，具有千兆以太網(wǎng)口用于與PC機(jī)通訊，可將拍攝照片傳輸?shù)絇C機(jī)指定目錄中。PC機(jī)作為工業(yè)相機(jī)與PLC的橋梁，分析采集圖像后將結(jié)果傳輸給PLC。三菱FX1N－40MT型PLC為一款小型PLC，占用空間小，控制指令靈活豐富，在系統(tǒng)中用于直接控制機(jī)構(gòu)對(duì)不合格穴孔進(jìn)行操作。圖2所示為檢測(cè)系統(tǒng)構(gòu)成。

　　1．2軟件系統(tǒng)構(gòu)成

　　CKVisionBuilder軟件是一款智能圖像處理軟件，提供了豐富的圖像處理指令，允許自定義操作界面。系統(tǒng)的檢測(cè)程序在CKVisionBuilder環(huán)境中編寫，通過(guò)調(diào)用內(nèi)部不同的圖像處理指令函數(shù)對(duì)采集到的穴盤苗圖片進(jìn)行閾值分割、腐蝕運(yùn)算、像素統(tǒng)計(jì)。在圖像進(jìn)行分析前，需要對(duì)其進(jìn)行一系列預(yù)處理，圖像閾值分割是重要步驟之一，具有計(jì)算模型簡(jiǎn)單、運(yùn)行效率高的優(yōu)點(diǎn)。在數(shù)字圖像處理中，對(duì)于確定的結(jié)構(gòu)元素，通過(guò)腐蝕運(yùn)算方法可以消除小于結(jié)構(gòu)元素的點(diǎn)。

　　2穴盤苗檢測(cè)方法

　　統(tǒng)計(jì)每一個(gè)穴孔中的像素?cái)?shù)量，然后比較每穴像素?cái)?shù)量是否低于設(shè)定值來(lái)判斷穴孔內(nèi)是否為好苗，將“好苗”“壞苗”“空穴”信息通過(guò)“1”“0”數(shù)字量傳輸給PLC數(shù)據(jù)寄存器。具體分析流程如下:1)軟件讀取CCD相機(jī)采集到的彩色圖像;2)對(duì)彩色圖像進(jìn)行灰度化處理;3)對(duì)灰度化處理后的圖片進(jìn)行閾值分割與腐蝕運(yùn)算，消除干擾點(diǎn);4)統(tǒng)計(jì)每個(gè)穴孔中的像素?cái)?shù)量;

　　3穴盤苗檢測(cè)試驗(yàn)

　　3．1材料與方法

　　檢測(cè)對(duì)象為13天意大利生菜、白玫瑰白菜、廣府1號(hào)油菜心，幼苗培育用穴盤為標(biāo)準(zhǔn)72穴，基質(zhì)為椰糠，拍攝時(shí)光源為溫室內(nèi)自然光。將待檢測(cè)穴盤放上輸送帶，穴盤定位氣缸伸出，將穴盤輸送到定位氣缸處輸送帶停止;工業(yè)相機(jī)拍下整盤苗圖像，傳輸?shù)絇C機(jī)中;拍攝完成后，定位氣缸縮回，輸送帶啟動(dòng)，將穴盤輸出，然后放置下一盤苗繼續(xù)拍攝。

　　3．2結(jié)果與討論

　　3．2．1檢測(cè)結(jié)果

　　設(shè)定72穴意大利生菜穴盤苗標(biāo)準(zhǔn)像素?cái)?shù)量N=2500，圖像經(jīng)預(yù)處理及像素統(tǒng)計(jì)后，采集到每穴的像素?cái)?shù)量如表1所示。由表1可以看出:行列號(hào)為(1，2)、(2，5)、(3，4)、(3，5)、(3，6)、(6，3)、(6，4)、(6，6)、(7，1)、(8，2)、(8，3)、(9，6)、(114)、(12，1)、(12，3)處的像素?cái)?shù)量均小于2500，為“無(wú)苗”或“壞苗”，輸出數(shù)值“0”;其余穴孔像素?cái)?shù)量均大于2500，為“好苗”，輸出數(shù)值“1”。

　　3．2．2討論

　　幼苗葉片生長(zhǎng)過(guò)大可能過(guò)界長(zhǎng)到鄰穴區(qū)域，會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成一定影響。若鄰穴位置為好苗，即使部分區(qū)域被遮擋，像素?cái)?shù)量也不會(huì)減少，故這種情況下不會(huì)影響判斷;若鄰穴位置為壞苗或空穴，伸出的葉片會(huì)增加鄰穴的像素?cái)?shù)量，可能導(dǎo)致誤判斷檢測(cè)結(jié)果為“好苗”，降低檢測(cè)準(zhǔn)確性。圖7所示為相鄰穴孔為好苗或空穴時(shí)葉片過(guò)界的情況。

　　4結(jié)論

　　1)搭建了基于機(jī)器視覺(jué)的穴盤苗檢測(cè)試驗(yàn)平臺(tái)，檢測(cè)苗齡13天的72穴的意大利生菜、白玫瑰白菜及廣府1號(hào)油菜心穴盤苗壞穴的準(zhǔn)確率達(dá)到了95．8%以上。

　　2)將檢測(cè)結(jié)果“好苗”“空穴”“壞苗”轉(zhuǎn)換為“1”“0”數(shù)字量，方便傳輸?shù)絇LC中，由PLC作執(zhí)行動(dòng)作的判斷。對(duì)于72穴穴盤苗，將每穴的檢測(cè)信息通過(guò)ＲS232傳輸?shù)絇LC中的數(shù)據(jù)寄存器中，傳輸時(shí)間小于3s。

　　3)對(duì)比3種幼苗檢測(cè)準(zhǔn)確率，意大利生菜＞白玫瑰白菜＞廣府1號(hào)油菜心。相同苗齡下廣府1號(hào)油菜心葉面積更大，出現(xiàn)過(guò)界的現(xiàn)象嚴(yán)重，會(huì)降低機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)準(zhǔn)確性。幼苗葉片展開且不遮擋穴盤時(shí)，為穴盤苗檢測(cè)的最佳時(shí)期。

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