种子筛选机

种子筛选机（精选4篇）

种子筛选机 篇1

0 引言

农作物种子质量的好坏很大程度上决定了种植业的成败,而种子育种是确保种子质量的重要环节。育种过程中对种子的大小、质量、形状、颜色等特性有严格的要求。人工挑选符合育种要求的种子不仅工作效率低而且容易受主观因素影响而出现误差。近年来,随着计算机运算速度的不断提高和机器视觉技术在农业工程领域的广泛应用。采用机器视觉技术并结合图像处理技术、自动控制技术、人工智能来实现对种子动态检测和自动筛选的方法可以克服人工挑选的弊端,提高筛选作业的精度和效率。因此,自动筛选出符合要求的种子是本文所要解决的主要问题。

1 图像处理功能设计

本设计采用USB摄像头由软件控制自动拍摄种子照片。所得照片由计算机软件进行图像的预处理并计算得出种子的各项育种参数。本设计的特点在于软件设计中添加了学习功能,用户可以将符合标准的种子信息提前提供给系统,系统会将此信息作为种子的判别依据。最终软件得出的结果通过串口输出,该信号可作为种子筛选机构的驱动信号。系统的结构框图如图1所示。

1.1 图像预处理

图像预处理的目的是将摄像头所获取的图像中有关种子的信息保留,去掉与种子无关的信息的步骤。其主要包括灰度化和阈值化处理。本设计使用目前图像处理领域流行的OpenCV[1,2]进行软件开发,并且充分利用了该软件在图像处理领域的简洁、高效性能特点。

1.1.1 灰度化[3]

考虑到图像的合理性,本文选用下面的公式进行灰度转换为

Gray=(0.299)R+(0.587)G+(0.114)B (1)

其中,Gray表示示图像中的像素的灰度值,R表示该像素的红色分量,G表示绿色分量,B表示蓝色分量;0.299,0.587,0.114分别为前人实验和理论推导证明得出的最合理灰度图像的权值。

1.1.2 阈值化

阈值化是输入图像f到输出图像g的如下变换,即

其中,T是阈值,对于物体的图像元素g(i,j)=1,对于背景的图像元素g(i,j)=0(反之亦然)。针对照片经过反复的实验最终确定将阈值设为91可以最大限度保证种子形状清晰,为后面获取种子轮廓做准备。处理后的结果如图2所示。

1.2 种子特征的提取

本设计针对种子的几何特征信息进行提取和计算,包括面积、周长、圆形度、直径和延伸度[4]。

面积(Area,A)定义为种子轮廓线内包含的所有像素个数。周长(Perimeter,P)指图像中种子外轮廓线的长度,是反映颗粒大小的指标之一。周长值是指物体边界像素点的距离,对于直线来说,是沿着向上、向下、向左、向右的方向以一个像素点递增,距离为1。对于倾斜方向也有左上角、左下角、右上角、右下角4个方向,这种倾斜方向像素间的距离是$\sqrt{2}$个像素。在进行周长测量时,需要根据像素间的连接方式,分别计算距离,如图3所示。

(b) $\sqrt{2}$ (c) 4+5$\sqrt{2}$

圆形度(Roundness,R)为种子的边界形状接近圆的程度,是计算种子形状复杂程度的特征量。由面积和周长计算得到,其计算公式为

$R=\frac{4\text{π}\times A}{{\rm P}{}^2}$ (3)

对于半径为r的圆来说,面积等于πr2,周长等于2πr,所以圆形度R等于1。形状越接近圆R越大,最大为1,形状越复杂R越小, R的值在0和1之间。

直径(Diameter, D)是指与种子在图像中的轮廓面积相等的圆的直径,表达式为

$D=2\sqrt{\frac{A}{\text{π}}}$ (4)

延伸度(Elongation,E)表示长方形颗粒的长宽比,用来描述颗粒的形状参数,表达式为

$E=\frac{{\rm P}+\sqrt{{\rm P}{}^2-164}}{{\rm P}-\sqrt{{\rm P}{}^2-164}}$ (5)

1.3 特征的对比

特征值提取后,数据将会与事先设定的样本值按式(6)进行比对,算出误差。误差允许范围的绝对值在0～10%内由用户自由设定,其中特征值在误差范围之内的种子将被认定为“合格”。则

误差$=\frac{\text{实}\text{际}\text{测}\text{量}\text{值}—\text{样}\text{本}\text{值}}{\text{样}\text{本}\text{值}}\times 100\%$ (6)

1.4 信号输出

种子图像被判定为“合格”之后,程序自动由计算机串口向下位机发送一串数据作为分拣装置的驱动信号,完成对相应种子的分拣动作。本设计的分拣速度为60粒/min。

2 种子自动筛选系统人机交互设计

为了方便用户使用,本系统采用MFC设计了种子自动筛选系统的图形用户界面,如图4所示。

2.1 自学习功能设计

本系统具有自学习功能以适应不同品种种子的识别。用户可以预先将1粒符合育种要求的种子作为样本提供给系统,系统将以样本种子的各项参数作为参考值与后面待测种子参数进行比较。样本种子的参数信息会一直显示在“样本参数”一栏。系统设计了误差范围控制功能,允许用户通过移动界面上的滑块决定待测种子各参数与样本种子对应参数的误差误差范围,以适应不同的筛选误差范围。

待测种子依次经过摄像头,摄像头每采集到1粒种子的图像便会显示在窗口上,相应的种子参数显示在“当前种子参数”一栏。为方便用户观察样本种子和待测种子的参数,在窗口的最左侧设计了“样本参数”“当前种子参数”以及当前种子图像窗口3栏。

2.2 种子筛选误差的控制

软件在设计时考虑到不同用户在使用时可能对所筛选种子参数的不同要求,增添了参数选取和误差范围控制功能。在“待测参数”一栏,用户可以自由选取筛选种子所测量的参数,以及调节筛选的误差。

2.3 运行种子筛选功能

为了简化用户操作,本窗口仅设计了3个按钮。其中,“开始捕捉”“采样”按钮实现学习功能。点击“开始捕捉”按钮,摄像头所拍摄的画面会显示在窗口上,此功能方便用户调试摄像画面亮度、焦距。将样品种子放置于摄像机下,点击“采样”按钮,样本种子参数就会被读入软件并显示在窗口上。点击“运行”按钮,系统将会定时从摄像头采集种子图片,将计算出的种子参数显示在“当前种子参数”一栏。通过与样本参数进行对比,种子图像符合要求,系统将自动通过计算机串口向下位机发送信号,驱动选种机构。

软件运行以后配合下位机将会自动完成种子的筛选工作。摄像头获取待测种子图像后,对图像进行优化和计算以得到该粒种子的特征参数。将此参数与样本参数进行比较,误差范围可在用户界面上调节,在误差范围以内的种子参数软件判定为合格,所选参数均合格则判定此粒种子合格,反之则判定为不合格。上位机将判定结果发送给下位机,下位机根据判定结果控制种子分离机构完成种子的筛选。

3 试验与结果分析

3.1 合格种子误差范围的确定

为了确定合格种子的允许的误差范围,以玉米种子作为实验对象,对大量由人工挑选出来的合格种子进行测量,如表1所示。

通过对大量合格种子参数的采集,最终确定一组值作为合格种子的样本值,如表1中“样本”一行,其他各行为被测种子的各项参数值以及该值与样本值的百分比。通过分析数据最终确定以在与样本值误差在±15%以内作为合格区间。在软件设计当中规定各项参数同时满足要求的种子方可判定为合格的种子。本软件的误差值可由用户随意调节,以满足用户对选种误差的不同要求。

3.2 对大颗粒种子的筛选

本试验以玉米种子作为筛选对象,挑选1粒结构完整饱满的种子作为样本。如图5所示,挑选了a,b,c,d,e5粒种子作为待测种子。

从外观上a,b,c不符合要求,d种在外观上符合要求。为了突出差异性,本试验特意将1粒合格种子e的部分破坏作为待测对象。分别对a,b,c,d,e5粒种子进行测量得出结果,如表2所示。

由表2数据可知,a,b,c种周长、面积、直径大大超出误差的允许范围,因此软件判定为“不合格”;d种的各项参数均在误差范围之内,符合选种要求,判定为合格;e种尽管破坏的并不严重,从数据上还是能够将其判定为不合格。

由试验2可以证明本系统能够很好地实现对大颗粒种子筛选的功能。

3.3 对小颗粒种子的筛选

为了证明本设计对于小粒种子的筛选同样有效,本试验选取了小麦种子作为筛选对象。挑选了1粒结构完整饱满的种子作为样本,同时挑选了a,b,c,d,e5粒种子作为待测种子。小颗粒种子筛选对照,如图6所示。

从外观上a,b符合要求,c,d种在外观上不符合要求。e种是将一粒轻度破坏的合格种子。分别对a,b,c,d,e5粒种子进行进行测量,数据如表3所示。

由试验数据可知,a,b种各项参数均在误差允许范围之内,判定为“合格”;c,d,e种均有某几项参数不满足误差要求判定为不合格。

试验3证明本软件对小麦这样的小粒种子仍具有较高的区分度和可识别性。

4 结论

本文采用动态图像处理技术,实现了对种子的几何提取和计算,并以此为依据对种子是否符合育种要求进行判断最终输出判断结果。通过引入学习功能,使得用户可以方便地对所需种子的各项参数进行设定,简化了软件的操作步骤,提高筛选实验的直观性,增强了筛选种子的针对性,为种子育种实验智能自动化选种提供了解决方案。

摘要：在育种过程中,挑选一致性好的种子是一项繁琐而艰苦的工作,用机器视觉代替人的视觉可以克服人眼疲劳等因素对种子进行筛选所造成的误差。为此,采用OpenCV图像处理软件设计种子识别软件,对种子的面积、周长、圆形度、直径、延伸度等特征参数进行提取。根据与样本参数的对比决定是否合格,并通过串口送至下位机,控制下位机完成种子的分拣工作。该系统设计了自学习功能,样本种子可自由选择,并可自由控制筛选误差范围。经试验验证,该系统能够准确地判断玉米和小麦种子是否合格,判断速度为60粒/min。

关键词：种子筛选,图像处理,OpenCV

参考文献

[1]刘瑞祯,于仕琪.OpenCV教程—基础篇[M].北京:北京航空航天大学出版社,2007.

[2]Gary Bradski,Adrian Kebler.学习OpenCV[M].于仕琪,刘瑞祯,译.北京:清华大学出版社,2009.

[3]冈萨雷斯.数字图像处理[M].北京:电子工业出版社,2007.

[4]程洪.基于数字图像处理的玉米品种识别研究[D].保定:河北农业大学,2007:16.

复式种子精选机的正确使用 篇2

该机对使用和保养的要求高, 稍有疏忽就会影响选种质量。现将该机的使用和保养要点简介如下:

一、精选机最好在室内作业, 机器停放地点要平坦、坚实, 停放位置应考虑排尘方便。

二、如果条件有限, 必须在室外作业, 应找避风处作业, 并使机器按顺风放置, 以减少风力对精选效果的影响。风速大于3级时应考虑安装挡风屏障。

三、更换品种时, 一定要把机器内残留种粒清除干净, 并使机器继续运转5~10分钟, 同时将前后量调节手柄开关数次, 以排除前、中、后室及沉积室内的余种和杂质, 确认存积室内无种粒及杂质后, 停止运转, 先将上筛面上的种子和杂质清扫到排杂槽, 然后将上筛面拆下, 清扫下筛。

四、每次作业前都应检查各部紧固螺钉是否松动, 转动是否灵活, 有无不正常的声音, 以及传动胶带的张紧度是否合适。

五、对润滑点加油。

种子筛选机 篇3

关键词：云南龙竹,组织培养,种子,外植体,灭菌

竹子因开花周期较长, 且开花花期无法预测, 种子获取十分困难。因此, 采用组织培养技术, 对竹子进行快速扩繁, 是目前解决竹子种苗繁殖效率低问题的有效方法之一。在组织培养过程中, 菌类污染是培养过程中常见且必须高度重视的问题, 其污染来源一般可分为3类:第1类是材料带菌, 第2类是接种污染, 第3类是培养过程污染[1]。因而植物组织培养技术的基础是获得无菌材料, 即有效解决材料带菌问题, 理论上污染率应该控制在8%以内, 但实际操作过程中, 一般污染率会达到20%左右, 甚至更高。再者, 竹类植物与其他植物相比, 竹子外植体的消毒灭菌则更困难, 很难达到理想的灭菌效果, 这可能与它的外在形态结构有关[2]。外植体表面消毒灭菌的关键就是要选择合适的消毒剂和消毒时间, 同时还要兼顾消毒灭菌后外植体材料的存活率、生长状况等[3]。

很多学者对于竹子外植体的灭菌普遍采用的方式是以酒精 (75%) 与升汞 (0.05%~0.20%) 或次氯酸钠 (0.5%~2.0%) 配合使用, 然后再根据不同的外植体材料情况进行不同时间的灭菌[4]。本试验以云南师范大学竹类研究所提供的云南龙竹 (Dendrocalamus yunnanicus Hsuch et D.Z.Li) 种子为外植体材料, 以MS培养基添加1mg/L 6-BA为起始培养基, 进行了酒精 (75%) 配合升汞不同消毒灭菌时间的比较, 以期从中筛选出较适宜龙竹种子外植体的消毒灭菌方法。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选取成熟度和饱满程度较高的云南龙竹健康种子 (此种子已干燥储藏超过1年) , 仔细筛选去除发黑、发霉和结构不完整的种子, 剥去外壳且不能伤及胚芽部分, 最后留下色泽较好、颗粒饱满且结构完整的种粒备用。

1.2 试验方法

把选好的种粒用75%酒精消毒15 s并用无菌水清洗后, 再用0.01%升汞浸泡做不同时间的消毒灭菌处理。所设置的4个不同处理时间分别为2.0、2.5、3.0、3.5 h。处理结束后, 分别用无菌水振荡清洗4~5次, 每次5~7 min, 分别记为处理1、2、3、4。用无菌滤纸吸干种粒上的水分, 分别接种到MS+1 mg/L 6-BA+5 g/L琼脂粉+30 g/L蔗糖培养基中。每处理接种6组, 每组5个试管, 每试管接种1粒种子, 共计30粒种子, 置于23~25℃、光照2 000 lx、光照时间12 h/d条件下培养[5,6]。

观察记载各处理的种子在接种5、10、15、20 d后的污染情况和发芽情况, 并对其15 d时的污染情况和20 d时的发芽情况进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 升汞不同消毒灭菌时间处理种子的污染情况

由表1可知, 接种15 d后, 处理1、2、3、4的污染数分别为2.00、1.67、0.83、0.50粒。经方差 (新复极差法) 分析, 处理1、2、3、4之间的差异极显著, 而组间 (重复间) 差异不显著。进一步的多重比较分析结果 (表2) 表明, 处理1与处理3、4差异都极显著, 而与处理2无显著差异;处理2与处理4差异极显著, 与处理3差异显著;处理3和处理4差异不显著。结合各处理的污染率可得出, 随着消毒时间的增加, 其污染程度越来越低, 至处理3、4时, 污染程度已较低且二者已无显著差异。

2.2 升汞消毒时间对竹子种子外植体发芽情况的影响

由表3可知, 接种20 d后, 处理1、2、3、4的发芽率分别为94.4%、95.0%、72.0%、44.4%, 即随着升汞消毒灭菌时间的增加, 各处理的发芽率呈现先增加后降低的趋势, 最高达95.0%, 最低为44.4%。方差分析结果显示, 处理2与处理4差异极显著;处理1、3与处理4差异显著;而处理1、2、3之间差异不显著。

3 结论与讨论

本试验以云南龙竹的成熟种子为试验材料, 采用75%酒精配合0.01%升汞作消毒灭菌剂, 并设置0.01%升汞的不同消毒灭菌时间处理的对比。试验结果表明:在用75%酒精处理15 s后, 再用0.01%升汞消毒灭菌处理, 随着0.01%升汞消毒灭菌处理时间的增加, 各处理的污染率显著降低, 而剩余 (未污染) 种子的发芽率则呈现先升高后又降低的趋势。分析表明, 用0.01%升汞对云南龙竹种子进行消毒灭菌处理, 其适宜的处理时间为3 h。在此消毒灭菌时间处理情况下, 龙竹种子外植体的污染率已较低, 为16.7%;而发芽率仍较高, 可达到72.0%。而处理时间再增加 (如处理3.5h) , 则显著影响种子的发芽率 (仅为44.4%) , 污染率却降低不显著。

本试验因为考虑到消毒灭菌剂升汞的较强毒性, 因此没有使用其较高浓度 (如0.05%~0.20%) 来处理外植体材料, 以减少用无菌水反复冲洗及升汞本身的毒性对外植体材料的伤害。试验结果也表明, 只要达到足够长的灭菌处理时间, 较低浓度的升汞也能够显著控制植物外植体材料的污染, 且种子等材料的成活和发芽率也能得到保障。特别是那些比较难得到的外植体材料, 首先得保障其外植体材料不被杀死, 在此基础上才能进一步考虑如何提高杀菌效率。

参考文献

[1]曹雄丽, 文韵, 陶现灵, 等.32种经济竹种的组培及苗木培育技术研究[J].林业调查规划, 2012, 37 (5) :128-134.

[2]王光萍, 丁雨龙, 黄敏仁, 等.观赏竹的试管快繁研究[J].林业科学, 2005, 41 (5) :51-56.

[3]李春芳, 程治英, 杨俊波, 等.云南龙竹的快速繁殖和离体保存研究[J].亚热带植物科学, 2012, 2 (3) :60-62.

[4]高志明, 谢锦钟.竹子组织培养技术研究进展[J].世界竹藤通讯, 2013, 11 (2) :1-6.

[5]耿树香, 普晓兰, 王曙光.巨龙竹种子、小穗外植体愈伤组织的诱导培养[J].西部林业科学, 2006 (4) :78-83.

种子筛选机 篇4

1 工作原理

5XYT-50型揉搓式玉米种子脱粒清选机, 其基本工作原理是效仿手工揉搓玉米的方式将玉米芯与玉米籽粒分离[1]。其简单结构如图1所示。

首先, 玉米果穗经喂入仓、大倾角皮带输送机输送到脱粒室的进料口 (1) , 经进料口进入脱粒室内 (2) , 通过脱粒室内的弧形齿板、弧形板和格栅凹板的揉搓, 使其玉米芯与玉米籽粒分离, 达到脱粒的目的[2]。脱去籽粒的玉米芯经过脱粒室内主轴的旋转推动, 由喂入端逐步向排芯口运动, 将排芯口处的挡板顶开, 玉米芯排出脱粒室外, 经输送机将其送至指定地点。

脱下的玉米籽粒经过室内的圆孔筛板, 使大杂质与籽粒第一次分离。分离出的玉米籽粒与中小杂质的混合物, 经脱粒室下的导料口流入筛选及风选系统[3]。

玉米籽粒与中小杂质的混合物, 经过上筛箱的导料板流经上吸风道 (3) 上的第一次风选, 再经过二级导料板使物料进行上吸风道上的第二次风选。通过两次风选, 玉米籽粒中的轻小杂质将经过上机架 (4) 的上吸风道吸入沉降室。然后, 物料流经上筛箱 (5) 的第一层筛, 去除物料内的部分中粒杂质。

物料经过第一层筛选后, 筛上物中仍有部分玉米籽粒存在。所以, 筛上物料流入上筛箱的双滚筒筛内 (11) 再经过滚筒筛选。双滚筒筛在连续不断的工作, 物料中的玉米籽粒将被筛选干净。双滚筒筛内的杂质将通过出杂斗 (10) 排出机外。

从第一层筛及双滚筒筛漏下的物料进入固定在下机架 (8) 的下筛箱 (9) , 经过下筛箱内的分料器将物料分别流入第二层、第三层筛。通过这两层筛的筛选, 物料中不适合做种子的小粒玉米和小杂将被分离出去。分离出来的小杂质通过下筛箱的小杂排出口 (12) 排出机外。第二层、第三层筛上物料将向好种子排出口 (7) 流去。在流经好种子排出口时, 设计在好种子排出口上方的下吸风道 (6) 将再一次对种子进行风选, 以达到提高种子净度的目的。这样, 玉米种子由果穗脱粒到籽粒清选整个工作过程就完成了。

综上所述, 玉米果穗在经过脱粒, 三次风选, 三次筛选, 一步步使种子净度、质量得到提高, 达到了种子加工要求。

2 5XYT-50型揉搓式玉米种子脱粒清选机的显著特点

(1) 脱粒吨位大。脱玉米果穗可达50 t/h, 可有效缩短玉米果穗的脱粒时间。

(2) 脱粒净率高。在玉米果穗水分合适的情况下脱净率可达99.9%, 玉米芯上基本上不残留玉米籽粒。

(3) 种子净度高。玉米籽粒脱下后经三次筛选, 三次风选, 玉米种子净度可达96%, 而一般脱粒机种子净度都在93%以下。

(4) 种子破碎率低。经该脱粒机脱下的籽粒基本上无破碎, 尤其是对玉米籽粒胚芽损伤小, 其破碎率小于0.08%, 而一般脱粒机破碎率都在1.5%左右。

3 主要性能指标及主要技术参数

3.1 主要性能指标

5XYT-50型揉搓式玉米种子脱粒清选机的性能指标见表1所示。

3.2 主要技术参数

5XYT-50型揉搓式玉米种子脱粒清选机的技术参数见表2所示。

4 主要特征

(1) 结构紧凑, 操作方便, 调整灵活, 运行安全可靠。

(2) 对玉米穗的脱粒采用仿人手工揉搓的形式, 通过玉米穗与玉米穗之间的揉搓实现玉米籽粒的脱落。这样玉米种子不易破碎, 不损伤玉米种子的胚芽, 确保种子质量。

(3) 采用三次风选, 三层筛选, 保证种子净度及种子质量。

(4) 通过更换筛片, 可以加工不同品种的玉米种子, 达到一机多用。

(5) 采用双筛箱自平衡机构, 确保机器运转平稳。

5 市场前景

我国玉米种植面积广, 种子需求量大, 因而所需加工种子的设备多, 并且向大型化发展。根据近年来的实际情况, 开发生产率为50 t/h的大型揉搓式玉米种子脱粒清选机是玉米种子加工用户的需求。5XYT-50型揉搓式玉米种子脱粒清选机加工玉米种子吨位大, 生产率可达50 t/h, 每天可加工1 000 t。一个年加工2万左右的玉米种子公司, 用不到一个月的时间即可完成加工, 大大缩短了种子的加工周期, 防止由于种子加工周期长而发生的冻害、霉变、虫蛀等现象发生。

另外, 5XYT-50型揉搓式玉米种子脱粒清选机所脱粒的玉米种子破碎率低。一般的玉米脱粒清选设备破碎率为1.5%～2%, 而该机的破碎率经检测仅为0.5%～0.8%。对于一般年加工6.5万吨左右的玉米种子公司 (相当于制种10万亩) , 仅此项就可多增收玉米种子6.5万kg, 为用户增加了经济效益。我们深信, 新设计的5XYT-50型揉搓式玉米种子脱粒清选机将以独特的优势占领市场, 开发前景广阔。

参考文献

[1]何晓鹏, 刘春和, 师建芳, 等.挤搓式玉米脱粒机的研制[J].农业工程学报, 2003, 19 (2) :105～108.

[2]李心平, 高连兴, 马福丽.玉米种子脱粒特性的试验研究[J]农机化研究, 2007, (2) :159～158.