(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210352584.3 (22)申请日 2022.04.06 (71)申请人 山东理工大 学 地址 255086 山东省淄博市高新 技术开发 区高创园A座313室 (72)发明人 宋井玲　徐洪岑　程振　 (51)Int.Cl. G05D 3/12(2006.01) A01C 7/04(2006.01) A01C 7/20(2006.01) G06N 20/00(2019.01) G06V 10/141(2022.01) G06V 10/26(2022.01) G06V 10/30(2022.01) G06V 10/80(2022.01) (54)发明名称 一种蒜种芽尖识别定向控制系统 (57)摘要 本发明提供了一种蒜种芽尖识别定向控制 系统， 包括蒜种图像采集芽尖识别系统、 调向控 制系统、 吸种盘、 活动转块、 磁铁、 接近开 关， 吸种 盘上沿圆周方向均匀设置多个相对吸种盘可旋 转运动设有中心孔的活动转块， 磁铁的数量和活 动转块的数量相同， 并固定安装在吸种盘端面靠 近外边缘处， 一个磁铁分别和一个活动转块中心 径向对齐， 接近开关与磁铁对应固定安装， 蒜种 图像采集芽尖识别系统包括电源 Ⅰ、 图像处理单 元、 继电器、 光源、 光源亮度调节装置、 偏 振片、 镜 头、 偏光镜、 相机， 调向控制系统包括控制器、 驱 动器、 电源 Ⅱ、 步进电机、 径向磁铁和编码器。 本 发明能自动对连续运动的单粒蒜种定向， 效率 高， 对蒜种品种适应性强， 适合在大蒜种植机上 应用。 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 CN 115061506 A 2022.09.16 CN 115061506 A 1.一种蒜种芽尖识别定向控制系统， 包括蒜种图像采集芽尖识别系统、 调向控制系统、 吸种盘 （1） 、 活动转块 （2） 、 磁铁 （3） 、 接近开关 （4） ， 其特征在于： 吸种盘 （1） 上沿圆方 向均匀 设置多个相对吸种盘 （1） 可旋转运动的活动转块 （2） ， 活动转块 （2） 设有中心孔， 一侧表 面设 有径向凸起挡 块， 磁铁 （3） 的数量和活动转块 （2） 的数量相同， 并沿圆周方向均匀固定安装 在吸种盘 （1） 端面靠近外边缘处， 一个磁铁 （3） 分别和一个活动转块 （2） 中心径向对齐， 接近 开关 （4） 位置与磁铁 （3） 对应固定安装， 并与磁铁 （3） 表面之间距离为3~5mm， 蒜种图像采集 芽尖识别系统与调向控制系统经信号线连接， 蒜种图像采集芽尖识别系统包括电源 Ⅰ（5） 、 图像处理单元 （6） 、 继电器 （7） 、 光源 （8） 、 光源亮度调节装置 （9） 、 偏振片 （10） 、 镜头 （11） 、  偏 光镜 （12） 、 相机 （13） ， 电源 Ⅰ（5） 分别与图像处理单元 （6） 和光源亮度调节装置 （9） 连接， 继电 器 （7） 通过GPIO口与图像处理单元 （6） 连接， 并与接近开关 （4） 连接， 光源 （8） 设置成圆环形， 距离吸种 盘 （1） 85~115mm固定安装在吸种 盘 （1） 的活动转块 （2） 无径向凸起挡块一侧， 并其 中心与活动转块 （2） 中心对应， 与光源亮度调节装置 （9） 经DC接口连接， 偏振片 （10） 设置成 与光源 （8） 一样的圆环形， 固定安装在光源 （8） 前面， 镜头 （11） 设置在光源 （8） 中心处， 并通 过光源 （8） 的圆环形中心孔伸出， 偏光镜 （12） 固定安装在镜头 （11） 前面， 相机 （13） 设置在镜 头 （11） 后面， 相机 （13） 经USB接口连接图像处理单元 （6） ， 调向控制系统包括控制器 （14） 、 驱 动器 （15） 、 电源 Ⅱ（16） 、 步进电机 （17） 、 径向磁铁 （18） 和编码器 （19） ， 控制器 （14） 经串口连 接图像处理单元 （6） 、 经GPIO接口连接驱动器 （15） ， 电源 Ⅱ（16） 和驱动器 （15） 连接， 驱动器 （15） 经驱动线 连接步进电机 （17） ， 步进电机 （17） 固定安装在吸种盘 （1） 的活动转块 （2） 有凸 起挡块一侧， 步进电机 （17） 中心对应活动转块 （2） 中心， 并与光源 （7） 中心沿吸种盘 （1） 圆周 前面间隔两个活动转块 （2） 的距离， 步进电机 （17） 轴的前端对称固定安装两个拨杆 （20） ， 拨 杆 （20） 前端伸入活动转块 （2） 的径向凸起挡块， 径向磁铁 （18） 固定安装在步进电机 （17） 尾 端的步进电机 （17） 轴上， 径向磁铁 （18） 的中心线与步进电机 （17） 轴共线， 编码器 （19） 距离 径向磁铁 （18） 为2.5~3.5mm且安装在步进电机 （17） 尾端壳体上， 控制器 （14） 通过IIC接口连 接编码器 （19） 。 2.根据权利要求1所述的一种蒜种芽尖识别 定向控制系统， 其特征在于： 所述的图像处 理单元 （6） ， 对采集到的蒜种图像， 用Gamma灰度校正归一化光照， 采用高斯滤波器给图像降 噪， 经固定阈值处理和连通域分析从蒜种图像中提取出蒜种区域， 得到蒜种区域为白的二 值图像， 从距离质心最小处将蒜种轮廓分割成前后两个轮廓片段， 每个片段以计算与质心 的距离、 曲率方式生成标识图表示形状， 并从两张标识图中各提取质心距离和曲率的最大 值、 最小值、 均值、 方差、 极差、 中位数特征值组成一个12维特征向量， 对前后两个轮廓片段 的12维特征向量作差分， 根据正负号编码形成一个12维布尔向量， 以该布尔向量为输入用 支持向量机模型训练芽尖朝向分类模型， 依据该模型得到蒜种芽尖所在的轮廓片段， 将该 轮廓片段上质心距离最大的点作为芽尖点， 根据芽尖点和质心的相对位置得到蒜种的芽尖 朝向， 蒜种牙尖朝前识别结果为1， 否则为0， 将识别结果按顺序存储在队列中， 图像处理单 元 （6） 在每次图像采集前将识别 结果队列中最前面一个识别 结果发送给控制器 （14） ， 在初 始化时向队列前面插入图像采集位置即光源 （8） 中心对应吸种盘 （1） 的位置到调向位置即 步进电机 （17） 轴心对应吸种盘 （1） 的位置间隔两个活动转 块 （2） 相应的两个识别结果0 。 3.根据权利要求1所述的一种蒜种芽尖识别定向控制系统， 其特征在于： 所述控制器 （14） 接收到图像处理单元 （6） 发送的识别结果并实时根据图像识别结果判断是否执行调向权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115061506 A 2操作， 识别结果为0时， 控制器 （14） 判断为不执行调向， 不动作， 识别结果为 1时， 控制器 （14） 判断为执行调向， 并向驱动器 （15） 发出脉冲信号， 驱动器 （15） 驱动步进电机 （17） 转动180 °， 控制器 （14） 以零位为基准计算步进电机 （17） 的步数并控制步进电机 （17） 转动到目标位置， 控制器 （14） 每隔20个脉冲从编码 器 （19） 获取步进电机 （17） 轴的位置 反馈， 若20个脉冲间隔 步进电机 （17） 转动角度小于3.6 °， 则判断步进电机 （17） 发生堵转， 控制器 （14） 重新计算当 前位置到目标位置的步数， 控制步进电机 （17） 降频并重新加速通过堵转点， 若超过设定的 降频次数阈值， 判断步进电机 （17） 被卡死， 步进电机 （17） 触发停转保护， 否则步进电机 （17） 则继续工作， 调向控制系统上电初始化时对上次断电后未复位的拨杆 （20） 进行复位， 在每 次调向完成后对下一次调向的目标位置在零 点和绝对值 为180°位置之间进行一个切换。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115061506 A 3