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原文传递一种籽棉杂质定量快速检测系统及方法

专利名称：	一种籽棉杂质定量快速检测系统及方法
摘要：	本发明公开了一种籽棉杂质定量快速检测系统及方法，主要包括样品图像采集子系统和图像分析检测子系统，图像采集子系统包括主控制器、检测窗口、操作台、采集仓室、控制信号线、主动光源、CCD相机、数据信号线、升降机构；图像分析检测子系统包括安装在主控制器中的籽棉杂质含量快速分析与检测软件和配置在主控制器中的杂质颗粒、杂质面积百分比与含杂率之间的数学模型；籽棉杂质含量快速分析与检测软件基于HSI色彩空间，得到最终的杂质区域分割图像，根据杂质形态学和纹理特征分别计算棉花植株茎秆、棉铃壳和棉花叶片的颗粒数和面积百分比，根据相应的数学模型定量换算含杂率。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	安徽;34
申请人：	安徽财经大学
发明人：	周万怀;李浩;梁后军;徐守东;刘从九;张雪东
专利状态：	有效
申请日期：	2018-12-28T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-10T00:00:00+0800
申请号：	CN201811623305.2
公开号：	CN109738436A
代理机构：	北京青松知识产权代理事务所(特殊普通合伙)
代理人：	郑青松
分类号：	G01N21/84(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	233030 安徽省蚌埠市曹山路962号
主权项：	1.一种籽棉杂质定量快速检测系统，其特征在于：包括样品的图像采集子系统和图像分析检测子系统，所述图像采集子系统包括主控制器、操作台、主动光源、CCD相机，所述主控制器架设在操作台上方，操作台的下方设有封闭区域作为采集仓室，位于采集仓室正上方的操作台中部开设有检测窗口并通过玻璃面板密封，所述主动光源固定于采集仓室内部，CCD相机设置于采集仓室内部并固定于升降机构上；所述主控制器通过控制信号线连接主动光源和CCD相机，CCD相机的信号输出端通过数据信号线连接主控制器，主控制器连接电源，主控制器同时通过控制信号线为主动光源、CCD相机供电；所述图像分析检测子系统包括安装在主控制器中的籽棉杂质含量快速分析与检测软件和配置在主控制器中的杂质颗粒、杂质面积百分比与含杂率之间的数学模型；所述籽棉杂质含量快速分析与检测软件基于HSI色彩空间，先后通过梯度变换、H-minima变换、分水岭变换与分割、根据S阈值和H阈值判别完成颜色相近的相邻区域间的合并，得到最终的杂质区域分割图像，根据杂质形态学和纹理特征分别计算棉花植株茎秆、棉铃壳和棉花叶片的颗粒数和面积百分比，根据相应的数学模型定量换算含杂率。 2.根据权利要求1所述的一种籽棉杂质定量快速检测系统，其特征在于：所述升降机构包括有四个高度调节杆、一个底板、四个齿轮，底板的四角分别转动安装有一个齿轮，高度调节杆的内壁上设置有齿条、外壁上设置有刻度线，每个齿轮与其对应的高度调节杆上的齿条啮合，CCD相机安装于底板的上端面上。 3.根据权利要求1所述的一种籽棉杂质定量快速检测系统，其特征在于：所述的操作台为双层结构，上层为橡胶板、下层为表面涂黑的金属板。 4.根据权利要求2所述的一种籽棉杂质定量快速检测系统，其特征在于：所述操作台的中部开设的检测窗口的橡胶板洞口大于金属板洞口，检测窗口密封采用的玻璃面板密封在金属板上。 5.根据权利要求1所述的一种籽棉杂质定量快速检测系统，其特征在于：所述的主动光源的器材选用可见波段LED灯或卤素灯，照射角度与水平面呈40-50°夹角。 6.根据权利要求1所述的一种籽棉杂质定量快速检测系统，其特征在于：所述的主控制器采用自带Windows操作系统的触控一体式智能设备。 7.一种基于权利要求1所述系统的籽棉杂质定量快速检测方法，其特征在于包括以下步骤： (1)图像采集将1kg的籽棉样品覆盖在整个检测窗口上，确保检测窗口被完全覆盖、且样品分布较为均匀，点击主控制器界面的“图像采集”按钮实施图片采集，为保证分析结果的准确性，对样品进行适当调整后再次采集图像，如是连续采集三副图像； (2)图像分析图像采集完成后，点击主控制器界面的“分析结果”按钮实施含杂率分析，含杂率分析过程由籽棉杂质含量快速分析与检测软件和杂质颗粒、杂质面积百分比与含杂率之间的数学模型自动完成，主要包括以下步骤： 1)杂质定位对原始样本图像Img1,Img2,Img3进行中值滤波，得到彩色梯度图像对图像进行扩展极小值变换H-minima运算，限制局部极小值点的数目，得到梯度标记图像具体公式如下：式中：为滤波后的彩色梯度图像，为经过标记的梯度图像，Hmin表示形态学H-minima变换，h表示深度阈值；对图像进行形态学强制最小运算得到修正梯度图像使得图像的局部极小区域仅出现在被标记位置，具体公式如下：式中：为经过标记的梯度图像，为修正梯度图像，IMmin表示形态学极小值标定操作；利用分水岭算法预处理后的图像在空间位置上相近且灰度值相近的像素点连接起来构成一个封闭的轮廓，得到初始分割图像具体公式如下：式中：为预处理后的修正梯度图像，为分水岭变换分割后的图像，WST表示分水岭分割操作算子；在初始分割图像的基础上进行两次区域合并操作，得到杂质区域分割图像； 2)杂质定量分析根据杂质的形态学特征文理特征将识别的杂质归类到棉花植株茎秆、棉铃壳和棉花叶片3个类别中，并分别计算每个类别的杂质颗粒数与杂质面积百分比；样本杂质含量是指样本杂质重量占样本重量的百分比，由三种类别杂质颗粒数和杂质面积百分比与含杂率率之间的线性关系Yi＝Ki+AiNi+BiRi计算得出，其中Ki为数学模型的截距，Ai和Bi分别对应杂质颗粒数Ni和杂质面积百分比Ri的系数。
所属类别：	发明专利