Washington, DC, USA
July 11, 2013
Biological science aide Anne Berry puts wheat in the hopper of a color-image sorter. The ARS-developed camera behind her takes and processes a color image of each kernel as it falls off the end of the chute. The kernels are then sorted based on visual features and deposited into either of two separate buckets at the base of the sorter. Photo by Thomas Pearson.
Fast, portable, and comparatively inexpensive, an improved seed-sorting machine developed by a U.S. Department of Agriculture (USDA) scientist and an industry colleague is helping plant breeders and others separate the seeds they want from those they don't, with an impressive degree of accuracy.
Agricultural Research Service (ARS) agricultural engineer Thomas C. Pearson developed the sorter in collaboration with National Manufacturing in Lincoln, Neb. The company has marketed the device to plant breeders and other customers in the United States and abroad since 2010. ARS is the chief intramural scientific research agency of USDA.
The compact, portable sorter is a simpler and faster version of other machine-vision equipment that Pearson developed earlier, and is proving its versatility. According to Pearson, it is being used to separate unwanted grass seeds from seeds of native plants needed to revegetate publicly owned lands in the western United States, for instance.
What's more, a major breeder of peas and beans for vegetable farms uses the machine to remove damaged seeds. Some university plant breeders rely on the sorter to discern and discard spotty peas or to reject wheat kernels that show coloration associated with Fusarium head blight, a costly disease of wheat and barley.
That's not all. In tests in his laboratory at the ARS Center for Grain and Animal Health Research in Manhattan, Kan., Pearson showed that the sorter can help wheat breeders by differentiating kernels of hard red wheat from kernels of hard white winter wheat, with 98.6 percent accuracy.
In other tests, the sorter was accurate 94 percent of the time in separating yellow from brown flax seed. Sorting is critical because the two are used for different purposes, Pearson explains.
Sorting begins when seeds, placed in a vibrating hopper, start sliding down any of three adjacent chutes. After a seed falls off the end of its chute, a color camera, equipped with an image sensor (a complementary metal-oxide semiconductor, or CMOS) snaps an image and sends it, via a circuit board, to a chip for processing.
The chip uses pre-programmed data to determine whether the seed's surface texture and red, green, and blue color values more closely match those of an "accept" seed than those of a "reject." Seeds that appear similar to "rejects" are quickly directed, via a puff of air from an air valve, into the "reject" container, while the desirable seeds fall neatly into the "accept" bucket.
Pearson has documented his work in peer-reviewed articles published in Applied Engineering in Agriculture, Computers and Electronics in Agriculture, and the Journal of Food Measurement and Characterization. His studies are highlighted in the July 2013 issue of Agricultural Research magazine.
Further reading
Un nuevo aparato para separar semillas
Un aparato desarrollado por científicos del Servicio de Investigación Agrícola (ARS) y su colega en el sector de semillas está ayudando a los criadores de nuevas variedades de plantas a separar las semillas deseables de las indeseables con una tasa impresionante de precisión. El nuevo aparato es rápido, portátil y relativamente económico.
Ingeniero agrícola Thomas C. Pearson desarrolló el aparato en colaboración con la empresa National Manufacturing de Lincoln, Nebraska. La empresa ha vendido el aparato a los criadores de plantas y otros usuarios en EE.UU. y en otros países desde el 2010. ARS es la agencia principal de investigaciones científicas del Departamento de Agricultura de EE.UU. (USDA por sus siglas en inglés).
El aparato es una versión más rápida y más sencilla de otras "máquinas de visión" previamente desarrolladas por Pearson, y tiene múltiples usos. Según Pearson, el aparato está siendo usado para separar las semillas indeseables de hierba de las semillas de plantas nativas que se necesitan para vegetar de nuevo las tierras públicas en la parte occidental de EE.UU., por ejemplo.
Una criador principal de guisantes y judías para las granjas que cultivan verduras usa la máquina para quitar las semillas dañadas. Algunas criadores de plantas en universidades utilizan el aparato para identificar y desechar las guisantes manchadas o para quitar los granos de trigo que tienen indicios de infestación con la fusariosis de la espiga de trigo, la cual es una enfermedad costoso del trigo y de la cebada.
En pruebas en su laboratorio en el Centro para Investigación de Granos y de la Salud de Animales mantenido por el ARS en Manhattan, Kansas, Pearon demostró que el aparato puede ayudar a los criadores de nuevas variedades de trigo a distinguir entre los granos del trigo duro rojo y el trigo duro blanco de invierno, con una tasa de precisión del 98,6 por ciento.
En otras pruebas, el aparato tuvo una tasa de precisión del 94 por ciento en separar las semillas de lino de color amarillo y las semillas de lino de color marrón. Esta diferencia es importante porque se usan los dos tipos de semillas para diferentes propósitos.
La clasificación de las semillas comienza cuando las semillas se ponen en una tolva que hacen vibrar. Las semillas deslizan por tres conductos adyacentes. Al cabo del conducto, una cámara que tiene un sensor (un semiconductor complementario de óxido de metal) produce una imagen de la semilla y envía esa imagen, por medio de una tabla de circuitos, a un chip para procesarla.
El chip usa datos previamente programados para determinar si la textura de la superficie de la semilla y también los colores de rojo, verde o azul son más semejantes a los de una semilla aceptable o una semilla defectuosa.
Las semillas más semejantes a las defectuosas se envían rápidamente, con un soplo de aire, a un recipiente para las semillas indeseables, mientras las semillas aceptables se caen en un cubo.
Pearson ha publicado sus resultados en las revistas 'Applied Engineering in Agriculture' (Ingeniería Aplicada en Agricultura), 'Computers and Electronics in Agriculture' (Computadores y Electrónica en Agricultura) y 'Journal of Food Measurement y Characterization' (Revista de Medición y Caracterización de Alimentos). Se puede leer más sobre sus estudios en la revista 'Agricultural Research' de julio del 2013.
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