南瓜幼苗外觀特征檢測系統及試驗研究.pdf

1、機械嫁接技術可大幅度提高嫁接速度，滿足我國對于蔬菜嫁接用幼苗日益增長的需求。而按照需求培育符合嫁接要求的均勻化幼苗對于機械嫁接的成功率及速率都產生很大的影響。因此，為了實現大規(guī)模的全面自動化嫁接，首先需解決多株南瓜幼苗外觀特征自動無損檢測這一關鍵問題。本研究以南瓜砧木作為研究對象，設計并研制了南瓜幼苗外觀特征檢測系統。主要研究內容和結論如下:
　　(1)南瓜幼苗培育研究。為研究環(huán)境因素對幼苗的影響，采用正交試驗設計、單因素試驗、兩

2、因素方差分析等方法，研究了催芽溫度和浸種時間，光周期，環(huán)境溫度和光強對幼苗生長的影響。結果表明，浸種時間為12h，催芽溫度為30℃時，種子出芽率最佳，達到98％，所用種子發(fā)芽總時間為60h;長光周期利于南瓜幼苗的生長。但是光周期越長，南瓜幼苗達到兩葉一心時的株高越低;南瓜幼苗培育溫度30℃，光強90μmol/m2·s比較適合南瓜幼苗的培育。最后，通過二階聚類分析法及機械嫁接標準，對上述試驗中的105株幼苗進行分級，將其分為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ

3、級和Ⅳ級。參考分級標準及本研究需求確定了該研究的南瓜幼苗的部分培育條件，即選擇育苗溫度30℃，育苗光強90μmol/m2·s作為南瓜幼苗培育研究環(huán)境，則所需總的育苗時間為10天。
　　(2)南瓜幼苗外觀特征檢測系統總體方案的確定。根據前期基礎試驗及相關文獻確定出該系統的功能要求，提出了由培育平臺、檢測機構、密集穴盤機構和控制系統四部分組成的檢測系統總體方案。通過方案對比分析確定各部分主要功能分別為，培育平臺用于為系統提供滿足嫁接要

4、求的檢測對象并可根據要求進行環(huán)境調控，檢測機構用于實現圖像采集，密集穴盤機構通過檢測機構機械移動，使得兩列相鄰的穴盤可改變行距，實現有限空間內檢測更多列幼苗，穴盤移動由檢測機構和密集穴盤配合實現。優(yōu)選出由三維移動機構驅動圖像采集機構進行圖像采集和密集穴盤移動的檢測機構方案及其對穴盤固定穩(wěn)定，易實現穴盤移動及加工的帶有U型桿的密集穴盤機構。
　　(3)南瓜幼苗外觀特征檢測裝置的設計與試制。首先，依據嫁接南瓜幼苗對溫度，光源等環(huán)境的要

5、求，試制了基于人工光源的培育平臺，為系統提供檢測對象和工作空間。其次，基于運動學和幾何學，設計了一種通過PLC控制的三維移動機構，機構可以實現X，Y，Z三軸方向的移動。其次，依據嫁接南瓜幼苗外觀特征，設計了一種適于高度小于90mm的穴盤幼苗圖像采集機構。其次，為了實現多列南瓜幼苗的外觀特征檢測，設計了密集穴盤機構。其次，將南瓜幼苗外觀特征檢測裝置安裝到培育平臺內，設計了控制系統硬件電路，編寫了控制系統程序。最后，集成了系統，試制了樣機。

6、
　　(4)南瓜幼苗外觀特征檢測系統參數優(yōu)化與驗證試驗。首先，進行了圖像檢測機構部分圖像采集速度的確定試驗和密集穴盤機構的穴盤移動速度確定試驗，對裝置的性能進行了優(yōu)化。結果表明，對圖像采集速度進行確定，為50mm/s，此時成功率為100％，保證了該機構可帶動CCD相機對南瓜幼苗進行圖像連續(xù)采集和實時處理。穴盤移動速度為50mm/s時，穴盤移動準確率為99％，滿足穴盤移動要求。其次，結合前期確定的培育條件，對多株有苗外觀特征檢測裝置