基于聲學特性的雜交水稻裂穎種子檢測方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及到一種基于雜交水稻種子聲學特性的裂穎種子檢測方法。
【背景技術】
[0002] 雜交水稻種子存在較嚴重的裂穎現象，這是不育系的一種遺傳特性。雜交水稻制 種時不育系通過延長開穎時間來增加捕獲花粉的機會，在長時間的開穎過程中，內、外穎會 因日曬、失水等而老化甚至皺縮，致使受粉后穎花的閉穎能力明顯降低，部分穎花的內、外 穎不能完全閉合而形成開裂粒，或者內、外穎雖能勉強閉合但不能嚴密勾合而形成裂穎粒。 這兩種情況我們都稱為雜交水稻種子裂穎。
[0003] 水稻種子在成熟過程中不可避免會產生稻殼的裂穎，出現裂穎之后會影響種子發 芽性能，包括活力降低、發芽勢和發芽率降低，秧苗品質降低，甚至最終影響水稻產量。對水 稻種子裂穎的檢測不僅能有效地控制水稻的發芽率，而且有效地促進水稻幼苗的生長優勢 和后續水稻產量。現階段水稻種子裂穎檢測方法有水選法和圖像處理方法。水選法僅能用 于即將播種育苗的水稻種子，而圖像處理方法必須保證裂穎一側正對照相設備，因此目前 這兩種方法存在不足，很難實際應用于水稻種子裂穎檢測和分選。
[0004] 現階段國內外已有利用農畜產品的聲學特性對農畜產品裂紋特征進行檢測和分 選的研究。例如閉口和開口開心果撞擊到金屬表面的聲音信號檢測，開口與未開口松子碰 撞聲音檢測，玉米裂紋聲學撞擊特性檢測，空殼、飽滿正常榛子和飽滿開殼榛子撞擊到金屬 聲音信號檢測，雞蛋裂紋聲音信號檢測。
[0005] 本發明通過控制雜交水稻種子下落高度和聲音傳感器與傾斜碰撞玻璃板間距離 來采集聲音信號，通過分析聲音信號的時域特性和頻域特性，分析其電壓幅值、短時能量、 平均幅度、功率譜密度面積、功率譜密度最大值、功率譜密度最小值，實現雜交水稻正常種 子和裂穎種子的識別。
[0006] 本發明通過利用雜交水稻種子聲學特性識別裂穎和正常種子將有利于裂穎雜交 水稻種子的分選，提高雜交水稻種子整體發芽性能和秧苗品質。

【發明內容】

[0007] (一)要解決的技術問題
[0008] 本發明要解決的技術問題是:利用聲學傳感器獲取下落水稻種子與碰撞板碰撞聲 音信號，通過數字信號處理方法在時域和頻域分析處理，分析電壓幅值、短時能量、平均幅 度、功率譜密度面積、功率譜密度最大值、功率譜密度最小值，提取特征值，對比分析雜交水 稻正常種子和裂穎種子幅值差異，確定出區分的幅值閾值，利用此閾值對雜交水稻正常種 子和裂穎種子進行識別和分選。
[0009] (二)技術方案
[0010]為實現上述目的，本發明提供了一種基于聲學特性的雜交水稻裂穎種子檢測和識 別方法，該方法包括步驟：
[0011] 雜交水稻種子下落碰撞聲音信號獲取步驟包括:振動給料裝置使雜交水稻種子單 粒下落并與碰撞板碰撞，種子與碰撞板碰撞聲音信號經過聲音傳感器傳輸到計算機接收信 號并存儲聲音信號。
[0012] 通過振動給料裝置振動給料，并保證每粒種子單粒下落，下落種子經溜槽進入漏 斗，雜交水稻種子經漏斗下落并與下方傾斜碰撞板碰撞，種子碰撞后沿著傾斜碰撞板下滑 進入分離系統把雜交水稻正常種子和裂穎種子分離開。
[0013] 雜交水稻種子與碰撞板碰撞后，安裝在隔音管內部聲音傳感器采集種子與碰撞板 碰撞聲音信號，數據線傳輸聲音信號到計算機，計算機顯示和存儲聲音信號，便于聲音信號 處理的后續處理。
[0014] 雜交水稻種子下落碰撞聲音信號處理方法步驟包括:利用數字信號處理軟件對聲 音信號數據進行處理，獲得聲音信號時域特性曲線，并提取聲音信號時域特征值，同時對信 號進行傅立葉變換得到頻域特性曲線，并提取聲音信號頻域特征值。
[0015] 利用數字信號處理軟件對聲音信號數據進行處理，獲得聲音信號時域特性曲線， 并提取聲音信號時域特征值，比較分析雜交水稻裂穎種子與正常種子之間聲音信號時域特 性差異，并找到一個閾值作為判斷標準；
[0016] 對信號進行傅立葉變換得到頻域特性曲線，并提取聲音信號頻域特征值，比較分 析雜交水稻裂穎種子與正常種子之間聲音信號在不同頻域時電壓幅值變化和頻域特性差 異。
[0017](三)有益效果
[0018] 本發明獲取雜交水稻種子下落后與碰撞板碰撞產生聲音信號，通過分析裂穎水稻 種子與正常水稻種子下落碰撞聲學信號特性差異性，獲得區分裂穎水稻種子與正常水稻種 子的電壓閾值、短時能量閾值、短時平均幅度閾值，利用閾值把雜交水稻正常種子和裂穎種 子區分開。通過雜交水稻正常種子和裂穎種子下落碰撞聲學信號在頻域分析，獲得區分裂 穎水稻種子與正常水稻種子功率譜密度面積閾值、功率譜密度最大值閾值、功率譜密度最 小值閾值，將雜交水稻正常種子與裂穎種子區分開。通過利用雜交水稻種子聲學特性檢測 方法把裂穎水稻種子與正常水稻種子區分開，有利于提高雜交水稻種子的發芽率、幼苗生 長性能甚至后續水稻生長和產量。
【附圖說明】
[0019] 圖1雜交水稻正常和裂穎種子電壓典型波形圖；
[0020] 圖2雜交水稻正常和裂穎種子短時能量典型波形圖；
[0021 ]圖3雜交水稻正常和裂穎種子平均幅度典型波形圖；
[0022] 圖4雜交水稻正常和裂穎種子功率譜密度典型波形圖；
[0023] 圖5兩優108雜交水稻種子綜合識別率圖；
[0024] 圖6兩優108雜交水稻種子最優位置聲音電壓值(H=150mm、h = 10mm)圖。
[0025] 其中(a)為雜交正常水稻種子，（b)為雜交裂穎水稻種子。
【具體實施方式】
[0026] 本發明提出的基于雜交水稻種子聲學特性的裂穎種子檢測方法，結合附圖和實施 例詳細說明如下。
[0027] 試驗材料:試驗雜交水稻種子品種分別為兩優108(湖南神農大豐種業科技有限責 任公司生產）；
[0028] 雜交水稻種子下落碰撞聲音信號獲取步驟包括