中玉金標記（北京）生物技術股份有限公司（以下簡稱中玉金公司），主要從事與基因檢測及農作物育種相關的技術開發(fā)、推廣、咨詢和技術培訓，擁有我國最先進、通量最高的分子標記實驗室。
2018年，中玉金公司啟動水稻種子的基因分子標記項目。其中，在對種子切片提取基因后，種子就要被保存在貼有密封膜的存儲盒中，以隔絕外界環(huán)境。該密封膜質厚、透明并且在貼附時有褶皺。
In-Sight8200正在對切片后的玉米種子進行識別定位
而在對切片進行基因提取時，需要人工揭開整個密封膜，用鑷子將種子從存儲盒中夾出。這樣的流程就帶來了兩個問題：1）揭開保護膜有可能導致整個存儲盒的種子被污染；2）人工夾取種子太慢，費時費力。
"在未采用視覺設備之前，我們都是人工從存儲盒中用鑷子把玉米種子夾出來，再放到對應的收料盒里面，在這之前還需要用掃碼槍讀取兩個盒上的條形碼信息，以便后續(xù)實驗做參照。"中玉金公司的實驗室主管張博士表示，"這套流程下來效率非常低，常常導致各種實驗項目延期。"
為了提高實驗效率，中玉金公司引進了一套裝備有視覺模塊的自動化設備，實現(xiàn)了用機械手自動夾取種子。
該自動化設備從結構上共分為3大模塊：堆棧式上料模塊、機械手視覺模塊、堆棧式下料模塊。堆棧式上、下料模塊用于種子存儲盒的自動送盒、收盒。機械手視覺模塊是該設備的核心，由4軸機械手、視覺系統(tǒng)、玉米種子夾取機構組成，主要功能是精確定位種子、引導機械手扎破密封膜，并吸取種子。
但是，如何扎破密封膜把種子取出來是應用該設備最大的難點。解決問題的關鍵就是怎樣透過反光、褶皺的密封膜精準地定位孔位。密封膜的扎破由機械手末端的6刃刀執(zhí)行。如果定位失敗或偏差太大，刀具就會把存儲盒扎破，導致報廢。
設備啟用伊始，在使用傳統(tǒng)的模板匹配算法下，由于密封膜的反光和褶皺導致了10%-15%的識別錯誤率，多次試驗都以失敗告終。
密封種子存儲盒中的玉米種子
為了解決困擾設備正常運行的難題，中玉金公司的工程師們開始尋找解決方案。在一次展會上，他們結識了康耐視公司的銷售工程師，了解到康耐視對反光產品的識別有對應的項目經驗，于是就邀請康耐視的專家來實驗室進行現(xiàn)場評估。
在接到中玉金公司的項目需求后，康耐視迅速派出了技術工程師，在對該項目進行了詳細的論證和大量的實驗后，推薦使用帶有PatMax功能的In-Sight 8200視覺系統(tǒng)。
優(yōu)化后的設備工作流程如下：
1）堆棧式料倉自動放出一盒儲料盒；
2）運行到抓取位后，識別儲料盒的條形碼并錄入控制系統(tǒng)，相機開始識別種子位置；
3）根據系統(tǒng)中確定需要挑選的孔位，機械手帶著相機移動到指定位置對孔位中的種子進行識別，識別成功后，相機返回種子的坐標信息給機械手；
4）末端執(zhí)行器首先扎破密封膜，然后末端執(zhí)行器上的吸盤把種子吸附起來；
5）堆棧式收料倉放出一個空盒，待空盒移動到定位點，讀碼器讀取料盒上的條形碼；
6）機械手移動并將種子并按依次放入收料盒中，系統(tǒng)保存收料盒條形碼信息、儲料盒條碼信息，使被挑取出來的種子信息一一對應。
在測試中，中玉金公司的工程師們驚喜地發(fā)現(xiàn)，在PatMax算法幫助下，再加上機械手末端的低角度隨動光源，即使某些反光強烈、褶皺較大的孔位也能進行準確定位。識別孔位的成功率高達97%-99%。
最終，借助In-Sight 8200視覺系統(tǒng)強大的軟件工具，完美解決了以下檢測挑戰(zhàn)：1）密封膜反光問題；2）孔位內種子打光不足，導致無法識別的問題；3）密封膜褶皺導致的無法識別的問題。
識別程序：首先判斷孔內是否有玉米粒？如果有的話定位孔的中心，并把坐標傳給機械手
In-Sight 8200視覺系統(tǒng)的順利導入，成功解決了設備瓶頸，極大降低了人工操作強度和人工輸入數(shù)據的概率，提高了設備運行穩(wěn)定性和實驗室分子標記的速度，得到中玉金公司的一致肯定，為中國分子育種事業(yè)的快速發(fā)展添了濃重一筆。
"玉米種子實現(xiàn)了自動挑選，節(jié)省了實驗室的人力成本和種子的挑選速度，最重要是應用了單孔式扎破密封膜拿走種子的作業(yè)方式，避免了其它種子受到外部環(huán)境污染，最大限度保證了切片后種子和切片基因的相關性。"中玉金公司的實驗室主管張博士對該設備的研發(fā)成功給予了高度評價，"現(xiàn)在實驗室正在探討使用深度學習的算法進行水稻胚芽識別，將來我們也會和康耐視保持戰(zhàn)略合作，以確保該項目的順利實施。"
