种子计数和频率测量设备及方法 |
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| 申请号 | CN200680005226.4 | 申请日 | 2006-02-15 | 公开(公告)号 | CN101120365B | 公开(公告)日 | 2012-01-18 |
| 申请人 | 辛根塔参与股份公司; | 发明人 | 雅各布·A·雷欧恩伯格; 马库斯·罗格里; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种用于测量 种子 流中的种子的计数和 频率 的改进装置。这种装置对于测量 播种 装置的频率和 精度 来说是有用的。种子计数系统可以包括成像区、图像感测装置、以及成像区和图像感测装置之间的透镜。成像区和透镜之间的光学距离延长器创建了成像区和透镜之间的有效光学距离，该有效光学距离基本上大于成像区和透镜之间的物理距离，从而提供了 视野 的实质深度。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种种子计数系统，包括： |
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| 说明书全文 | 种子计数和频率测量设备及方法技术领域背景技术[0002] 播种装置用于从一批种子中放下或植入单个种子。这样的播种装置典型地是安装在诸如拖拉机之类的运输车辆上或者被拖在诸如拖拉机之类的运输车辆后面的机械装置，并且当该车辆穿过大的田野时，该播种装置成行地分配种子。从播种装置中分配单个种子的速率与运输车辆的移动速度相关。播种机的放下速率受各种类型的计量装置控制，并且取决于车辆速度。例如，当车辆以大约10km/小时的速度穿过田野时，可以对播种装置进行设定，以达到想要的种子放下速率。实际上，典型的现代播种机以每秒大约10个和大约20个种子之间的速率放下单个种子。这样的播种装置以想要的和基本上恒定的速率分配种子的能力对农民和种植者来说是关键的，以便在播种区域上均匀且适当地散播大量的种子，以获得想要的每英亩产量。因此，对于农民和种植者来说播种装置的适当调整和校准是重要的。为了对这种播种装置进行适当的调整和校准，当从播种装置中分配种子时，需要适当地测量种子流中的种子计数和频率。然而，由于播种装置的快速馈送速率，精确的测量可能很困难。 [0003] 种子生产者通常在播种之前对种子和谷粒进行预处理，以便增强种子或谷粒的一种或更多种性质。这种种子处理例如可以包括在每一种子或种仁的外表面上施加处理包衣。当常规的播种装置被用来播种处理过的种子时，某些表面包衣成分会影响这种装置的播种精度或播种特性。例如，处理包衣可能改变种子的天然表面粗糙度或平滑度，或者可能导致种子之间不想要的粘连，从而影响处理过的种子和播种装置之间的交互作用。因此，需要精确评估具体的种子处理对播种装置的性能的影响，以便可以确定最优的处理成分和包衣工艺，并且使得对于特定类型的处理过的种子可以知道播种装置的最优设定。 [0004] 其他人已探索了用于确定种子流中的种子的计数和频率的各种技术和装置。这种装置和方法用来测量播种装置所分配的种子的数量和频率。这种装置对校准和测试播种装置也是有用的，以确保可靠及最优的性能。一种这样的装置是一种移动润滑皮带，在播种装置放下种子时该移动润滑皮带捕获种子。利用这种装置，皮带上的种子和谷粒的数量和间距指示有效的放下速率。遗憾的是，润滑皮带计数器对于测量大量样本的馈送速率来说是无效的。 [0005] 其他已知的测量装置包括电子测量系统，当种子从滑槽被分配时，该电子测量系统利用红外传感器等来感测通过管子或滑槽的种子、谷粒、或种仁的经过。遗憾的是，已知的电子测量装置典型地使用具有有限的图像捕获能力的单个光传感器。例如，这种装置不能有效地对基本上同时从传感器旁边通过的两个相邻物体进行计数。另外，通过用于计数的窄管子或滑槽把颗粒集中在一起可能影响被测量的颗粒的流动。因此，已知的电子测量装置不足够准确，并且不能够提供足够精确的播种频率的测量来确保播种装置的最优性能。 [0006] 因此，需要精确测量播种装置的输出量和频率的播种测量装置和方法。这样的装置应当具有大约99％或更高的计数精确度，并且应当能够将种子或谷粒与通常发现与种子或谷粒混合在一起的较小尘粒或其他小杂质区分开。这样的装置和方法还应当能够在直接从播种装置中输出种子或谷粒时捕获关于播种频率的数据，并且不需要种子通过限制性的管子或漏斗。另外，该装置和方法应当能够测量具有相当大的宽度和深度的快速种子或谷粒流中的种子和谷粒的计数和频率。例如，该装置和方法应当能够对快速移动的种子流中的种子进行计数，所述种子流具有大于平均种子大小高达大约60倍的宽度和深度的流。另外，为了田野中的便利使用，该装置应当是小型和便携的。 发明内容[0007] 一种小型的种子计数系统包括成像区、图像传感器、透镜、以及光学距离延长器。光学距离延长器位于成像区和透镜之间。光学距离延长器有效地增加了成像区和透镜之间的光学距离，使得有效的光学距离基本上大于成像区和透镜之间的物理距离。当种子通过成像区时，这种延长了的光学距离提供了用于使种子成像的增加的视野深度。 [0008] 在另一实施例中，本发明包括用于对隔开的颗粒的流中的预定颗粒大小的颗粒进行计数的方法，所述颗粒的流具有至少大于颗粒大小大约10倍的流宽度。所述方法包括使颗粒的流通过具有等于或大于流宽度的孔深度的孔。所述方法进一步包括当颗粒的流通过所述孔时，捕获颗粒的流中基本上每一颗粒的基本上聚焦的图像，而不论颗粒在所述孔中的位置如何。另外，所述方法包括分析捕获到的颗粒图像来确定颗粒流的至少一个特性。 [0009] 本发明的另一实施例包括小型的种子计数设备，所述计数设备包括用于在具有流的平均轴的基本上分散的种子流中获取基本清晰的种子图像的装置。用于获取基本清晰的图像的装置能够获取流中每一种子的基本清晰的图像，而不论种子与流的轴的距离如何。 [0010] 本发明的再一实施例包括颗粒频率测量设备。所述设备包括其中具有孔的外壳、位于所述孔的第一侧的图像传感器、以及在与第一侧相对的所述孔的第二侧上的光源。透镜把来自光源的光聚焦在图像传感器上，并且所述透镜被定位于距所述孔第一距离处。所述透镜和所述孔之间的一对相对的反射镜反射来自光源的光，使得光在到达所述透镜之前必须传播基本上大于第一距离的距离。附图说明 [0011] 图1是依据本发明的测量装置的一个实施例在测量从典型的播种装置中的种子分配的期间的透视图。 [0012] 图2是沿着图3中的线2-2得到的、依据图1示出的本发明的测量装置的一个实施例的正视剖视图。 [0013] 图3是沿着图2中的线3-3得到的、图1和2的测量装置的顶视剖视图。 [0015] 图5A是示出了图1-3的测量装置的各种电子部件之间的关系的框图。 [0016] 图5B是示出了用在图1-3的测量装置中的电子模拟单元的详细情况的框图。 [0017] 图5C是示出了用在图1-3的测量装置中的电子滤波器和计数器的详细情况的框图。 [0018] 图6是图1-3的测量装置的图像数据分析的曲线图表示，以确定种子计数和定时/频率。 [0019] 图7是图1-3的测量装置的一系列光学扫描的曲线图表示。 [0020] 图8a-8c是类似于图1-3但是具有较浅的视野深度的测量装置的示意性表示。 [0021] 图9a和9b是图1-3的测量装置的增加的视野深度的图示。 [0022] 图10是示出了依据本发明测量种子频率和计数的方法的一个实施例的流程图。 具体实施方式[0023] 在图1-3中示出了依据本发明的种子计数和频率测量装置10的一个实施例。在图1中，装置10位于典型的播种装置的分配部16下方。在播种装置16的操作期间，单个种子以基本上恒定的间隔从种子分配开口15中离开装置16。测量装置10位于分配开口15下方，使得分配的种子通过定义了种子测量区域的孔18而落下。通过夹具14或任何其他合适的支撑装置，诸如销栓等，把装置10固定在种子分配开口15下方的位置上。通过串行通信电缆13把测量装置10收集的测量数据传送到远程计算机等上。作为替换方案，可以把测量数据无线传送到远程计算机上。 [0024] 测量装置10适于对具有基本均匀大小的种子流的定时和频率进行计数和测量。例如，当种子流或种仁流离开播种装置16时，测量装置10能够对种子或种仁的频率进行计数和测量。作为在此所使用的，术语“种子”应当意味着具有基本均匀大小并适于播种的多个相似的种子、谷粒、或者种仁。这种种子例如可以包括诸如平均直径大约1mm的芥花籽(canola)种子之类的小种子、以及诸如平均直径大约5mm的谷物或玉米种仁之类的大种子。 [0025] 如图2和3所示，装置10包括外壳12。种子接收孔18贯穿外壳12的一部分，并定义了种子测量区域。孔和种子测量区域18被示为图3中的交叉阴影线区域。在示出的实施例中，孔18具有根据装置10要测量的种子的平均直径的大约10倍到大约60倍的(在“x”方向上测量的)宽度和(在“z”方向上测量的)深度。可以用铝或者任何其他合适的材料来构成外壳12。在一个实施例中，外壳12的至少某些内表面被涂黑，以最小化外壳12内的光反射。优选地，测量装置10具有小型的大小和外形，以便装置10高度便携并且易于定位并安装在类似于图1所示的测量位置上。在图1-3示出的实施例中，例如，装置10可以是大约360mm(大约14.2英寸)长，大约98mm(大约3.9英寸)高，以及大约72mm(大约2.8英寸)宽。在这个实施例10中，这个孔18大约58mm×大约58mm(大约2.3英寸×2.3英寸)。孔18比诸如谷物或玉米种仁之类的可由装置10测量的大种子的平均直径更宽和更深大约10倍，并且孔18比诸如芥花籽种子之类的可由装置10测量的小种子的平均直径更宽和更深大约60倍。 [0026] 如图2和3所示，在孔18的第一侧上提供光源32。光源32基本上可以延伸穿过图3中示出的孔18的全部宽度。光源32可以是任何源，其能够在种子通过孔18时提供足够的光，以允许装置10充分地检测预先选择的大小的种子，如下面更充分地所描述的。适于用在图1和2中示出的测量装置10的实施例中的一种光源32是可从Kingbright公司买到的、二十二(22)个Kingbright PartNo.L-934SRC-G red ultra bright LED灯的阵列。 [0027] 邻近于与光源32相对的外壳12的一端提供图像感测装置40。图像感测装置40可以是在颗粒通过孔18时，能够充分地感测颗粒的图像的任何光学传感器。术语“图像”在此用来指物体的光学或视觉表示或再现，并且可以包括例如物体的轮廓。在图2和3示出的实施例10中，图像感测装置40是电荷耦合装置(CCD)。CCD传感器40包括把光转换成电荷的多个光敏半导体元件(像素)。可买到的一种用在测量装置10中的CCD是可从Texas Advanced OptoelectronicSolution有限公司买到的TAOS Model No.TSL202。TSL202CCD具有两个64像素阵列。 [0028] 在图4中示出了CCD 40的光感测操作。照射在像素42上的光产生光电流，然后与像素42相关联的有源积分电路43对该光电流进行积分。在积分期间，采样电容器通过模拟开关连接到积分器的输出。在每一像素42、44、46、48上累积的电荷量直接与该像素上的光强度和积分时间成比例。CCD传感器40内部的移位寄存器47以规则的时钟间隔把从每一像素42、44、46、48等中累积的电荷移位到相邻像素。为了从传感器中提取模拟信号，需要128个时钟脉冲来读整个寄存器43。因此，电荷的每一“包”沿着阵列40的硅衬底而过。一旦输入信号到达阵列中最后的像素48，就把电荷转换成电压并由输出放大器50进行放大，以产生输出模拟信号“AO”。 [0029] 在图2和3示出的实施例10中，物镜24把来自于孔18内的测量区域的光图像投影到图像传感器40上。相对于图像传感器40来固定物镜24的位置。孔18内的物体阻断了来自于光源的光，并且阻止某些光到达图像传感器40。因此，物体向图像传感器呈现为黑暗形状或阴影。在一个实施例10中，透镜24可以是Jos.Schneider OptischeWerke GmbH生产的Componon-S 5，6/135透镜，其具有135mm的焦距。 [0030] 在进入物镜24之前，来自于光源32的光通过窄缝19到达第一反射镜20，然后穿过第一反射镜20和相对的第二反射镜22所创建的延长的光学路径。第一和第二反射镜20、22组合构成光学距离延长器。在示出的实施例10中，两个反射镜20、22基本上相互平行，并且从垂直位置倾斜大约3度。把第二反射镜22安置在第一反射镜20略微之下。优选地，每一反射镜20、22在其内侧面上具有反射层，即，在面向另一反射镜20、22的表面上具有反射层。在反射镜20、22的相邻面上具有反射层防止了否则可能由反射镜20、22的玻璃衬底的折射所引起的图像失真。在示出的实施例10中，反射镜大约65mm高、大约39.5mm宽、以及大约2mm厚。在这种安排中，来自于光源32的光照射到第一反射镜20的反射面上，并被反射向第二反射镜22的反射面。光重复地在反射镜20、22之间来回反射，直到光从第二反射镜22的下部反射，通过第一反射镜20下方，并进入物镜24为止。在示出的实施例 10中，光在前进至透镜24之前来回反射了大约18次。以这种方式，基本上增加了孔18的中心和透镜24之间的有效光学距离。 [0031] 在图1和2示出的实施例10中，透镜24与孔18的中心之间的物理距离L1是大约75mm(大约3英寸)。然而，光必须从孔18的中心，经过反射镜20、22之间，并传播到透镜24的总的光学距离是大约703mm(大约27.7英寸)。因此，在示出的实施例中，透镜24和孔18的中心之间的光学距离比透镜24和孔18之间的实际物理距离L1多了大约9倍到大约10倍。在其他实施例中，孔18和透镜24之间的有效光学距离与实际距离的比率可以从大约5∶1到大约20∶1。在再一实施例中，该比率可以是大约7∶1到大约15∶1，或者更优选地，大约8∶1到大约12∶1。下面将讨论这种延长的光学距离对于小型装置10获取颗粒或者种子的清晰图像、从而对颗粒或种子进行计数的能力的重要性。有效光学距离的增加需要缝19的宽度的相应增加，以提供较宽的有效成像区。另外，有效光学距离的增加还需要光源32的强度的相应增加。可以通过变更反射镜20、22之间的距离和/或反射镜20、22的倾斜度来改变有效光学距离。 [0032] 测量装置10进一步包括电子模块30。如图5a所示，电子模块30包括模数转换器50、硬件滤波器60、以及微处理器或微控制器70。向转换器50输入来自于图像传感器40的模拟输出信号“AO”。转换器50对模拟信号进行放大，使模拟信号通过比较器级，并产生相对应的数字信号(RES)，该数字信号被送入滤波器60。滤波器60从数字信号中移除某些数据(如下所述)，并向微控制器70输入最终滤波后的最终信号(OUT)。在示出的实施例 30中，控制器70包括时钟72、计数器74、以及数据输出端口76。输出端口76可以例如是用于向远程计算机80传送数据的RS232串行端口。作为替换方案，输出端口76可以是用于向远程无线接收器传送数据的无线发送单元等。控制器70控制图像传感器40的操作，并为传感器40、模拟转换器50、以及滤波器60提供时钟。 [0033] 在图5b中示出了模拟转换器单元50。来自于CCD传感器40的模拟信号AO通过放大器51。放大后的信号被传到模拟比较器52，并与阈值电压电平相比较，以定义仅具有两个电平(光和阴影)的信号。模拟比较器52把模拟信号AO转换成数字信号，然后用D型触发器数字逻辑装置54对该数字信号进行处理。为了消除CCD传感器40的构造中所固有的毛刺，把来自于比较器52的输出信号与CCD传感器40的系统时钟进行同步。需要短暂的时间延迟，以允许以稳定的电平测量来自于CCD传感器40的信号AO。来自于触发器装置54的输出的信号RES 56代表扫描(如图6所示的那样)中的所有种子。 [0034] 来自于触发器装置54的输出的信号RES 56通过硬件滤波器级。参考图5c，信号RES 56用来对信号CLK 72驱动的自由运行计数器74进行复位。每当低电平信号被施加到计数器74的RES引脚时，计数器74复位并停止计数。当在RES引脚接收到高电平信号时，计数器74开始从0进行计数，直到信号RES 56切换回低电平。当计数器值“B”达到与数据“A”相同的值时，相等比较器59产生用于恰好一个时钟周期的信号“OUT”53。如果在A＝B之前对计数器值进行复位，则不产生信号。如果数据“A”被设为0，则出现特定条件。在这种情况下，信号RES 56和信号OUT 53恰好相同，并且无滤波结果。 [0035] 图6例示了电子模块30对来自于图像传感器的数据信号100的处理。模拟信号100表示用于图像传感器40所捕获的“一帧”的典型的输出信号AO。一帧是孔18的全部宽度的光学扫描。模拟信号100包括两个相对强的图像脉冲102、106，以及两个相对弱的图像脉冲104、108。脉冲表示在扫描期间由于阻挡物体而导致的撞击图像传感器40的光的缺失，因此呈现为图6示出的模拟信号100中的反向脉冲。图像脉冲的强度用脉冲宽度(如时钟72所测量的持续时间)、和反向脉冲的幅度(捕获图像的暗度)来表示。较强的图像脉冲102、106表示具有充分大小的两个颗粒或种子的捕获图像，而较弱的图像104、108表示诸如尘粒之类的两个较小物体的捕获图像。当模拟数字信号100通过模数转换器50时产生数字化的信号300。如图6所示，数字化的信号300包括与模拟信号100中的反向脉冲 102、104、106以及108相对应的四个矩形脉冲302、304、306、308，该反向脉冲低于预定的阈值幅度。类似于模拟信号100，数字化的信号300包括表示相对大的颗粒或种子的两个较强(宽)脉冲302、306，以及表示小尘粒的两个相对弱(窄)的脉冲304、308。 [0036] 当对数字化的信号300进行积分时，产生增大的计数器值400，其包括两个大的锯齿波峰402、406和两个较小的锯齿波峰404、408，其中大的锯齿波峰402、406与数字化的信号300中较宽矩形脉冲302、306下方的面积相对应并表示相对大的颗粒或种子，而较小的锯齿波峰404、408与表示较小尘粒的较窄矩形脉冲304、308下方的面积相对应。因为较小的峰值404、408不符合或超出预先选择的最小脉冲宽度，所以滤波器60消除了这些峰值并产生最终的输出信号或计数信号500。最终的输出信号500包括与积分后的信号400中两个大峰值402、406相对应的两个矩形脉冲502、506。从滤波器60向计数器74送入最终的输出信号500。作为替换方案，如果滤波器60的预先选择的滤波宽度被设为0，则把数字信号302直接传到微处理器70，并且装置10将对4个种子而不是两个种子进行计数。因此，没有了滤波器60，诸如尘粒之类的小物体将连同种子一起被计数。在滤波后，信号OUT500的每一上升和下降沿的序列表示扫描中的种子，并且可以被微控制器70中的内部计数器58进行计数。 [0037] 图7示出了当诸如种子之类的颗粒通过孔18时，测量装置10如何对颗粒进行扫描和计数。在图7中，当两个种子610、620和一个尘粒630基本上同时通过孔18时，线600-605中的每一条表示与图像传感器40对孔18的一系列连续光学扫描中的一个扫描相对应的信号。在第一扫描(“n”)中，图像传感器40检测不到物体图像，并且送入计数器的最终的输出信号600是不包括可计数脉冲的平坦线。在第二扫描(“n+1”)中，自从完成了孔的第一扫描以来，图像传感器40已检测到已落入传感器40的视线路径中的尘粒630。 第二扫描导致数字化的信号601a和最终的平坦输出信号601b的产生，其中该数字化的信号601a包括单个窄矩形脉冲。输出信号601b不包括可计数的脉冲，这是因为与尘粒630相对应的数字化的信号601a中的单个矩形脉冲被确定为太窄以致于不能表示种子，并且从最终的信号601b中被过滤掉。 [0038] 在第三扫描(“n+2”)中，图像传感器40检测到第一种子610的狭窄底部和第二种子620的宽部，如数字化的信号602a所指示。由于与数字化的信号602a中第一种子610相对应的矩形脉冲的相对较窄的宽度，该脉冲从最终的信号602b中被过滤掉。因此，最终的信号602b仅包括与第二种子620相关联的单个脉冲。在第四扫描(“n+3”)中，图像传感器40检测到第一和第二种子610、620的宽部。因此，在对数字化的信号603a进行滤波之后，最终的信号603b包括与两个种子610、620相关联的两个计数脉冲。在第五扫描(“n+4”)的时候，第二种子已经过了图像传感器40的视线，并且传感器40只检测到第一种子610的宽部。因此，数字化的信号604a和最终的信号604b各自包括与第一种子相关联的单个矩形脉冲。在最后的扫描(“n+5”)的时候，两个种子均已通过传感器40的视线，并且最终的信号605不包括计数脉冲。下面的表1表示了如何用控制器70和计数器74分析图像数据以确定该数据所表示的种子的数目，其中该图像数据用如图7所示的最终的信号600、601b、602b、603b、604b、以及605来表示。 [0039] 表1 [0040]光学扫描 种子#1计数 种子#2计数 计数器值 最终结果 (如果结果＞0，则报告计数) n-1 0 0 0 n/a n 0 0 0 0-0＝0，没有种子被计数 n+1 0 0 0 0-0＝0，没有种子被计数 n+2 0 1 1 0-1＝-1，没有种子被计数 n+3 1 1 2 1-2＝-1，没有种子被计数 n+4 1 0 1 2-1＝1，种子#2被计数 n+5 0 0 0 1-0＝1，种子#1被计数 [0041] 在表1中，标示为“种子#1计数”和“种子#2计数”的列分别表示在每一光学扫描“n”到“n+5”的最终的计数信号中，第一种子610和第二种子620的计数脉冲的存在与否。表1中的计数器控制器值是包括在对于每一扫描的每一最终计数信号中的计数脉冲的总数(即，列“种子#1计数”和“种子#2计数”的和)。微处理器控制器70如表1的最后一列所指示的那样确定每一扫描的最终结果。对于每一光学扫描，处理器70从紧接在前的扫描的控制器计数器值中减去现在扫描的当前控制器计数器值。如果净得结果是正数(＞0)，则把净得结果作为确定出的种子数量报告。如表1所示，图7中示出的一系列扫描准确地得到两个最终的种子计数。 [0042] 系统微处理器70以具有下列格式的数据流向远程计算机80报告种子计数数据： [0043] TIME COUNTS/SCAN CACHE\r\n start of a new measurement[0044] (开始新测量) [0045] 00024A9C 01 00\r\n first seed detected(检测到第一种子)[0046] 00024AEF 01 00\r\n second seed(第二种子) [0047] 00024B42 02 00\r\n two seeds in the same scan[0048] (同一扫描中的两个种子)[0049] 00024B96 01 02\r\n two more data sets to read[0050] (要读取的更多的两个数据集)[0051] 在上述的数据流中，时间数据是与从测量开始以来的绝对时间相对应的32位的数字(HEX格式)。因此，捕获到的数据包括种子流中连续的种子之间经过的时间间隔，并且可以被处理以计算种子频率的各个方面，诸如平均频率和统计频率分布。时间分辨率可以是大约400微秒，其等同于大约2500Hz的图像传感器扫描速率。在这个扫描速率上，每秒对由孔18所定义的测量区域连续扫描2500次。高频扫描速率允许装置10能够有效地测量以高速流动速率流动的种子或其他颗粒。在一个实施例中，微处理器70向远程计算机80提供数据，该远程计算机80产生测量到的参数的报告，其包括数据的统计评价。 [0052] 如上述实例所示，装置10能够对基本上同时通过孔18的多个颗粒或种子进行计数。因此，装置10能够精确地对从播种设备中分配的种子进行计数，尽管这样的设备至少可能偶尔一次馈送两个或更多个相邻的种子(所谓的“加倍”)。因此，装置10对于测量设备在给定时间内播种的种子的数量和毛重来说是特别有用的。此外，装置10在评价各种种子处理对常规播种装置的播种精度的影响方面是特别有用的。此外，装置10在针对某些种子类型和处理成分确定用于播种装置的最优硬件设定方面也很有用，诸如手指拾取式(finger pick-up)播种机上的弹簧张力、真空式播种机上的真空程度和刮刀(scraper)位置、驱动速度对播种精度的影响、等等，如现有技术中所公知的。 [0053] 由相对的反射镜20、22所创建的延长的光学距离可以增强装置10检测通过孔18的颗粒或种子的能力，并且不论颗粒在孔18中的位置如何。为了例示这个效果，在图8a-8c中示出了类似于上述的测量装置10但没有反射镜20和反射镜22的小型光学测量装置600。类似于当前装置10，装置600包括定义了测量区域的孔618、光源632、透镜624、以及图像传感器640。在距孔618的中心距离L2处固定透镜624，并且在距透镜624距离L1处固定图像传感器640。选定透镜624和距离L1与L2，使得通过孔618中心的种子690的精确聚焦图像被投影在图像传感器640上。因此，当种子或颗粒690基本上通过孔618的中心时，基本上没有种子或颗粒690的投影图像的模糊，如图8a所示。 [0054] 图8b示出了当种子或颗粒692通过孔618前部时的结果，其中孔618的前部比孔618的中心基本上更接近于透镜624。因为种子或颗粒692基本上更接近于透镜，所以种子或颗粒的图像被投影在图像传感器640之前距离“a”的点上。结果，到达图像传感器640的图像散焦，并且包括实质上的模糊。当种子或颗粒694通过孔618的后部时出现类似的结果，其中孔618的后部比孔618的中心基本上更远离透镜624，如图8c所示。在这种情况下，种子或颗粒694的图像被投影在图像传感器640之后的距离“b”处的点上。结果，到达图像传感器640的图像再次散焦，并且包括实质上的模糊。当种子的图像足够模糊时，类似于上述的装置10的系统就不能够把模糊的图像识别为种子。在摄影术语中，装置600具有很浅的视野深度。 [0055] 图9a和9b例示了视野深度对感测的图像的质量的作用，以及在图像传感器40产生的相应的模拟信号上的最终效果。图9a示出了小型光学测量装置600的扫描结果，类似于上面描述和图8a-8c中示出的那样。在这样的装置600中，当种子710通过孔618的中心时，种子710的图像清晰地聚焦在图像传感器640上，并且相对应的高幅度脉冲722导致得到图像传感器的模拟输出信号720。然而，当种子712基本上通过孔618的中心后面或者种子714基本上通过孔618的中心前面时，投影在图像传感器640上的图像基本上模糊。结果，图像传感器的模拟输出信号720中相应的脉冲724、726具有相对较低的幅度，该幅度低于阈值幅度A0。因此，不对散焦的种子712和714进行计数。 [0056] 相反，得益于如上所述由相对的反射镜20和22所创建的、孔18和透镜24之间延长的光学距离，依据本发明的装置10能够精确地对颗粒或种子进行计数，而不论颗粒或种子在宽阔的孔18之中的位置如何。延长的光学距离使颗粒或种子基本上清晰的图像被透镜24投影在图像传感器40上，而不论颗粒或种子在孔之中的位置如何。换句话说，反射镜20、22组合提供了增强的视野深度，使得位于孔18中任何地方的物体的图像均在图像传感器40上被投影为基本清晰的图像。如图9b所示，无论是种子810通过孔18的中心还是种子812通过孔18的后部，或者种子814通过孔18的前部，所得到的模拟输出信号820均包括相对应的高幅度脉冲822、824、826，这些脉冲中的每一个均超出了阈值幅度A0。换句话说，由于在三个种子的图像中基本不存在模糊，图像传感器40所产生的这三个脉冲的幅度均同样强。因此，装置10可以精确地对全部的三个种子810、812、814进行计数。因此，尽管装置10在长度上是小型的并且系统的光学器件24是固定且不可调的，装置10却可以在不影响或很少影响计数精度的情况下，适应成像物体和透镜24之间的距离中充分的变化。例如，在上述的实施例10中，当种子通过孔18时，种子对透镜24的接近度可以变化±29mm，而不对装置检测种子的能力产生不利的影响。换句话说，对于具有平均直径大约1mm的种子，装置10可以适应高达种子直径大约60倍的种子位置中的总的变化。因此，装置10能够精确地对种子流中的种子进行计数，其中种子流具有高达种子平均直径大约60倍的流宽度和流深度。 [0057] 类似于上面所述的小型计数装置10能够以高精度对种子或颗粒的分散的流中的种子或颗粒进行计数。例如，相信这样的装置10具有至少大约99％的计数精确度，并且高达99.9％。因为装置10可以适应颗粒流中较宽分布的颗粒，则不需要在该装置接收颗粒之前把分散的流集中到很窄的流中。例如，在装置10用来测量常规种子播种设备的播种频率的情况下，设备的输出可以被直接馈送到孔18中，而不用首先集中或者另外收缩来自播种设备的种子流。 [0058] 如图10所示，本发明还包括测量隔开的种子的流的特性的方法800，该种子的流具有基本上大于种子大小的流深度。该方法包括使种子的流通过具有基本深度的测量区域810。优选地，测量区域的深度等于或大于流深度，并且可以高达种子直径的大约58倍。方法800进一步包括当种子通过测量区域时捕获种子的流中基本上每一种子的基本清晰的图像820，而不论种子在测量区域之中的位置如何。因此，获得流中基本上每一种子的基本清晰的图像，无论种子是位于流的中心还是沿着或接近流的前沿或后沿。最后，分析捕获的种子图像830以确定种子流的至少一个特性。确定了的特性可以例如是种子的流中种子的数量，或者是种子的流中连续颗粒之间的时间期间或频率。当种子的流包括至少两种不同大小的种子或其他物体时，确定了的特性可以例如是大于特定大小的物体的种子或物体的数目。 [0059] 系统10和方法800能够测量在直径上大于或等于大约1mm的颗粒的流。因此，装置10和方法800对于测量诸如芥花籽种子之类的小种子、或者诸如谷物或玉米种仁之类的大种子的计数和频率来说是有效的。 [0060] 上面对本发明各种实施例的描述旨在描述并例示本发明的各个方面，并且不想要限制本发明的范围。 [0061] 本领域普通技术人员将意识到，可以在不脱离本发明的情况下对描述的实施例进行各种变化或更改。例如，虽然已关于测量移动种子的特性对装置和方法进行了描述，但是所述装置还可以用于测量其他物体或颗粒的流。所有这样的变化或更改都落入所附权利要求的范围内。 |
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