玉米种子轮廓的提取及识别装置的研究与实现①

徐建东， 孙迎春， 孙 鹤， 黄金侠， 常 亮， 郝 兵

(佳木斯大学信息电子技术学院，黑龙江佳木斯 154007)

0 引言

据世界农业部统计，玉米是世界上种植范围分布最广的农作物之一.在农业种植的区域中，由于其生长特点，主要分布在北纬58°到南纬35°～40°.由于气候地理位置等原因，北美洲种植面积最大，亚洲排第二，非洲和拉丁美洲次之.在世界的农作物种植方面，玉米的栽培面积和总产量居第三位，仅次于小麦和水稻[1].玉米也是全球贸易的主要商品之一，在过去的几十年中，世界玉米进出口贸易量有较大幅度的增长.随着世界人口的不断增长和全球经济的快速发展，人们对玉米的需求也不断增加，玉米贸易的规模也随之扩大.

自上世纪90年代之后，随着玉米播种面积的不断增加和农业杂交技术的广泛采用，我国玉米生产技术有了较快的发展[2]，我国的玉米产量占粮食总产量的比重已经由上世纪80年代初的18%提高到90年代末的27%，因此玉米生产是我国粮食生产中最为活跃的因素.

虽然我国玉米的种植面积较大，但单位产量不是很高，与其他农业发达国家相比还处于中游水平;由于，我国的土地种植面积有限，因此未来我国播种面积扩大的可能性较小，因此必修要依靠农业科技[3]，改善种植效率，提高单位产量，这将是我国未来玉米种植与生产的必然趋势;所以，提高玉米播种种子的品质具有重要的意义.

目前，玉米种子优良性检测主要依靠人工感官评定方法进行检测，受主观因素影响较大，检测结果准确度较低，可重复性较差[4].随着计算机图像处理技术的逐渐成熟，以及计算机硬件处理速度的提高，利用计算机视觉进行种子质量检验具有可行性与必然性.

根据我国《农作物种子检验规程》的要求，现行标准 GB/T3543.1－3543.7－1995[5]中规定，玉米种子品质检测主要有田间小区种植鉴定、种苗形态鉴定、籽粒形态鉴定、蛋白质电泳检验法.

所采用的方法是籽粒形态鉴定法，本文根据种子的长度、宽度、颜色、大小、粒形、粒色、籽粒质地等外观形态特征，研究快速、准确、适用的玉米种子品质检测方法，有助于提高玉米种子质量.

图1 采集箱外部图

在玉米种子品质的识别工作方面，国内外学者对做了大量的研究，在玉米品质外观识别方法取得了显著成效.但是，目前的各种识别方法对玉米种子图像的获取条件限定较多，在进行特征提取时的算法也比较复杂，同时，在识别装置设计方面，都还处于初级阶段，如何能研究出较好的识别方法及简单的识别装置，是玉米种子识别工作的发展趋势.

图2 采集CCD支架

图3 采集光源

1 本文设计的玉米种子识别装置

玉米种子识别装置如下图所示:

本文设计的玉米种子识别装置可以利用CCD摄像头采集到玉米图片，通过可调整光源调整亮度，达到较好的图片采集效果.

2 轮廓识别方法

玉米种子是否优良，其完整性就是一个重要的参数;本文利用形态学边缘检测方法，对玉米种子进行轮廓识别，仿真结果如下图所示:

3 结论

(1)通过大量的文献论证表明玉米的识别工作已经开展很久了，同时对于玉米种子的识别技术也不断更新，如何提高玉米种子的识别效果一直是研究者的追求目标.

(2)针对目前所有文献都没有提到识别装置的问题，本文设计出了识别装置.

图4 处理后的玉米图像

图5 提取的轮廓图

(3)根据玉米种子的外观特征，本文提出利用形态学方法提取玉米的轮廓特征.为玉米种子识别工作奠定了基础.

[1]路立平，赵化春，赵娜，等.世界玉米产业现状及发展前景[J].玉米科学，2006:149－151.

[2]董树亭，张吉旺.建立玉米现代产业技术体系，加快玉米生产发展[J].玉米科学，2006:18－20.

[3]杜彦朝，赵伟，陈钢.我国玉米单粒精播的发展趋势[J].种子世界，2011，(1):1－4.

[4]郑敏江.基于数字图像处理的玉米种子质量分级方法研究[D].武汉:武汉理工大学，2009.

[5]GB/T3543.1－3543.7－1995.农作物种子检验规程.国家技术监督局发布[M].北京:中国农业出版社.