一种水稻育苗高速精量播种粒数识别装置的设计

安鹤峰

摘要：为准确掌握水稻育苗高速精量播种的播种量和种粒分布，采用视频识别分析技术，设计一种水稻育苗高速精量播种粒数识别装置。通过识别采集图片和分析数据，直观地反应育苗秧盘内的种粒分布情况，对提高水稻育苗播种作业质量具有重要意义。

关键词：粒数识别;高速精量播种;设计;播种量;分布

中图分类号：S511;S126    文献标识码：A    文章编号：1674-1161（2019）06-0032-02

近年来，随着科技的飞速发展，水稻育苗播种机械化作业越来越普及，育苗秧盘播种的速度也越来越快，现有的水稻育苗秧盘播种机播种速度一般都在800～2 000盘/h。秧盘播种是先在秧盘内铺一层底土，紧接着洒上适量的水，然后均匀地播下适量的水稻种子，再洒适量水和铺一层表土，最后运至育苗棚内培育水稻秧苗。整个过程非常紧凑，作业速度快，判断秧盘播种量和种粒分布均匀度比较困难，无法保证育苗秧盘的播种质量。为解决此问题，设计一种水稻育苗高速精量播种粒数识别装置。

1 种粒识别装置设计思路

种粒识别装置安装在水稻育苗秧盘播种机框架上的播种器与表土覆土器之间（见图1），采用视频识别分析技术进行种粒识别作业。育苗秧盘随传送带运行，播种器完成播种作业后继续前进，触碰到触发开关后，安装在密闭遮光箱内的摄像头对育苗秧盘拍摄一张照片并传输给控制系统。经控制系统高速分析处理后，在显示屏上以图片的形式直观显示育苗秧盘中拍摄区域的种子数量及分布情况。

2 种粒识别装置主要工作部件设计

种粒识别装置由遮光箱体、控制器、触发开关、摄像头、光源等几部分组成（见图2），共同完成水稻育苗秧盘高速精量播种作业过程中育苗秧盘内水稻种粒数量及分布识别工作。

2.1 遮光箱体

遮光箱体采用5面完全遮挡设计，由箱体罩及两块遮光板组成，可避免外界光源影响拍摄画质，从而影响系统对种粒数的识别精度，是整个识别装置的主体框架。识别装置的其它零部件（除触发开关外）都固定其上，并由其确定摄像头的高度与位置。箱体罩通过螺栓组固定在水稻育苗秧盘播种机框架上，位于播种器与第二覆土器之间。箱体罩前后两侧设计有插槽，遮光板放置于插槽内，可根据不同育苗秧盘的高度调节插板位置，调节完成后用顶丝固定。

2.2 控制器

控制器包括中央处理芯片、触摸显示屏、系统软件及其它辅助硬件，是整个识别装置的“大脑”。其主要作用是接收触发开关传输回的信号，控制摄像头进行拍照，将传输回的照片继续分析处理，并将处理后的结果通过显示屏展示出来。控制系统对摄像头发回的照片进行分析处理，将照片划分成纵横各4大小相等的16个区域，并标示出每个区域内的种粒数。通过对各个区域内种粒数值的提取、分析，形成表格及分布曲线，更加直观的反应育苗秧盘播种机在育苗秧盘中播种的实际情况。由于水稻种子播种时会在育苗秧盘内发生堆叠现象，为使系统更精准地识别堆叠的水稻种子，需要让系统对不同状况的堆叠种粒进行反复的识别、学习、分析，以便更高效、更精确的对种粒数进行识别区分。

2.3 触发开关

种粒识别装置使用2个触发开关，沿育苗秧盘前进方向，安装在育苗播种机框架上，1号触发开关紧贴遮光箱体安装，2号触发开关与1号距离1/2秧盘长度，当育苗秧盘在传送带上运行过程中触碰到1号触发开关时，1号触发开关给控制系统发出信号，控制摄像头拍摄照片。触碰2号触发开关时重复以上动作，对该育苗秧盘拍摄第二张照片。

2.4 摄像头

种粒识别装置采用2个高速高清摄像头，并列固定安装在遮光箱体罩正上方，垂直于秧盘播种机传送带上平面，2个摄像头中心相距60 mm，类似于人双眼的瞳距，这样拍摄的照片能够呈现三维立体效果，更好地识别水稻种子，使系统识别出的种粒数更接近实际数值。

2.5 光源

遮光箱体采用封闭设计使箱体内部空间光线极暗，为不影响拍摄效果，需在箱体内部补充光源。识别装置采用4根长条形LED灯管作为光源，保证拍摄环境亮度充足、不闪烁，使拍摄效果达到最佳。

3 结论

水稻育苗高速精量播种粒数識别装置，可以直观地反应育苗秧盘内种粒分布情况，使工作人员及时了解每一个秧盘的播种状况，发现播种作业不合格的秧盘。同时，装置也可以用于实验研究领域，通过识别装置采集的图片、分析数据，以及生成的表格、曲线等，反应水稻育苗秧盘播种作业的实际情况，帮助研究人员对播种情况进行有效分析。装置的设计和应用，对水稻育苗播种作业质量提高、科研人员开展相关研究具有辅助作用。

参考文献

[1] 程晋，王福义.水稻秧盘高速播种配套技术的发展与分析[J].农业科技与装备，2018（6）：20-21.

[2] 刘英楠，衣淑娟，洪杰夫，等.水稻钵盘精量播种装置投种过程高速摄像验证分析[J].农机化研究，2015，37（4）：193-196.

[3] 王谦，元昌安，王新生，等.基于3S技术的水稻播种面积变化遥感监测[J].地理空间信息，2014，12（1）：98-100.

Design of a Device for Identifying Grain Number of Rice

Seedings with High Speed and Precision

AN Hefeng

（Liaoning Institute of Agricultural Mechanization， Shenyang 110161， China）

Abstract： In order to master the seeding quantity and seed grain distribution of rice seeding with high speed and precision， a device for identifying the grain number of rice seedings with high speed and precision was designed by using video identification and analysis technology. By identifying and collecting pictures and analyzing data， the distribution of seed grains in the seedling tray can be directly reflected， which is of great significance to improve the quality of rice seedling and sowing.

Key words： grain number; high speed and precision seeding; design; seeding quantity