中国是世界上生产、出口和消费大蒜最多的国家。按照农艺要求,大蒜播种时需要调整蒜种鳞芽方向,使其根部向下、直立栽种。现有大蒜播种机多采用机械式调头的方式调整蒜种鳞芽方向,这种机械对兰陵大蒜播种效果较好,但对杂交大蒜机械化播种效果差,鳞芽扶正率低。由于杂交大蒜蒜种形状不规则,不符合重心位于蒜瓣下半部分这一特征,难以使用机械式调头的方式对其进行扶正,杂交大蒜鳞芽扶正已成为制约大蒜机械化播种的主要因素。为解决这一问题,本文对蒜种的头尾特征进行研究,提出了一种基于双侧图像识别技术的蒜种鳞芽识别方法,设计了蒜种定向试验台,采用图像处理技术,根据蒜种不同的头尾特征,识别蒜种鳞芽方向,扶正蒜种鳞芽。本研究主要研究内容如下:(1)蒜种头尾特征和蒜种鳞芽识别装置的研究。选用金乡杂交蒜种为研究对象,对蒜种头尾特征进行研究,研究结果表明:在相同条件下,蒜种头部能量特征值大于尾部能量特征值,蒜种头部熵特征值小于尾部熵特征值,蒜种头部惯性矩特征值小于蒜种尾部惯性矩特征值,蒜种头尾纹理特征差异明显。设计蒜种鳞芽识别装置,根据蒜种头尾不同的纹理特征,采用图像识别技术,识别蒜种鳞芽方向。(2)蒜种横向排列装置的研究。根据蒜种定向试验台鳞芽识别要求,设计蒜种横向排列装置,并利用EDEM离散元仿真设计软件对蒜种横向排列装置进行了仿真试验分析,对蒜种横向排列影响较大的因素进行了分析,根据仿真结果优化了蒜种横向排列装置的结构参数。(3)智能杠杆式蒜种鳞芽扶正装置的研究。设计了杠杆式蒜种鳞芽扶正装置,采用离散元技术,建立了蒜种鳞芽扶正动力学模型,仿真研究了蒜种在智能杠杆式蒜种鳞芽扶正机构中的运动规律,对蒜种鳞芽扶正率影响较大的因素进行了分析,根据仿真结果优化了蒜种横向排列装置的结构参数。(4)智能控制系统的研究。根据大蒜“根下芽上”的播种原则,设计了以树莓派为核心的自动控制系统,利用图像识别技术,对蒜种鳞芽方向进行识别,并控制杠杆式蒜种扶正机构扶正蒜种鳞芽方向。对蒜种头尾识别系统进行了试验,针对试验时存在的相关问题进行了优化改进。(5)对蒜种定向试验台进行试验,通过试验得到其合理的工作参数范围。以电动机转速、通道宽度、拍摄距离、识别阈值为试验因素,以蒜种鳞芽扶正率为试验指标,进行了四因素三水平二次回归正交试验,根据实验结果建立了响应面数学模型,综合分析了各试验因素对蒜种鳞芽扶正率的影响,交互因素影响分析表明蒜种鳞芽扶正率的影响显著顺序从大到小依次为通道宽度、电动机转速、拍摄距离、识别阈值,并对试验因素进行了综合优化,最优工作参数组合为:电动机转速为18 r/min、蒜种通道宽度为38mm、拍摄距离为8.6 mm、识别阈值为178,蒜种鳞芽扶正率为90.56%,平均每粒蒜种识别用时0.29 s,满足大蒜播种机播种要求。该研究可为解决杂交大蒜直立播种问题提供参考。