植物葉片表觀紋理材質信息採集裝置及其採集方法
2023-06-19 22:36:06 1
植物葉片表觀紋理材質信息採集裝置及其採集方法
【專利摘要】本發明公布了一種植物葉片表觀紋理材質信息採集裝置及其採集方法，其特徵在於，該裝置包括：箱體，可閉合形成密閉空間，包括放置植物葉片的底板，以及與底板相接的側板與端板；移動機構，安裝在箱體上，包括位於底板上方的水平橫梁；白光燈，安裝在水平橫梁下方，用於在底板上形成白光帶；雷射定位器，安裝在水平橫梁上，用於在白光帶上形成雷射定位點；照相設備，安裝在端板上，鏡頭對著底板放置植物葉片的區域。本發明的裝置能連續獲得植物葉片表觀紋理材質圖像，提高了採集高質量的植物葉片表觀紋理信息的自動化程度。
【專利說明】植物葉片表觀紋理材質信息採集裝置及其採集方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及圖像採集技術，更具體涉及一種植物葉片表觀紋理材質信息採集裝置。
【背景技術】
[0002]植物三維虛擬仿真是當前植物學、農學、計算機圖形學等領域的熱點問題之一，影響仿真感效果的重要因素之一是植物葉片表觀紋理材質的準確模擬。
[0003]傳統的方法多採用直接拍攝的方式獲得紋理和材質圖像，依賴於手工操作，受拍攝者人為因素影響較大，圖像質量受光照、環境、角度、技術等多種因素制約，通常難以獲得高質量的紋理材質圖像。
[0004]該領域面臨的主要問題是缺乏自動、準確、快速、高效的植物葉片表觀紋理材質信息獲取技術手段。此外，佔用大量人力資源，工作效率低下，難以形成規範化的製作流程，也成為限制植物虛擬仿真效果提升的限制因素。
【發明內容】
[0005](一)要解決的技術問題
[0006]在本發明中，要解決的技術問題是如何提高植物葉片表觀紋理材質信息採集的自動化程度。
[0007](二)技術方案
[0008]為解決上述技術問題，提供了一種植物葉片表觀紋理材質信息採集裝置，該裝置包括:
[0009]箱體，可閉合形成密閉空間，包括放置植物葉片的底板，以及與底板相接的側板與端板；
[0010]移動機構，安裝在箱體上，包括位於底板上方的水平橫梁；
[0011]白光燈，安裝在水平橫梁下方，用於在底板上形成白光帶；
[0012]雷射定位器，安裝在水平橫梁上，用於在白光帶上形成雷射定位點；
[0013]照相設備，安裝在端板上，鏡頭對著底板放置植物葉片的區域。
[0014]優選地，移動機構還包括:
[0015]兩條滾珠絲槓導軌，平行於底板分別安裝在兩塊側板上，水平橫梁垂直安裝在兩條導軌上，可沿著導軌移動。
[0016]優選地，移動機構還包括:
[0017]兩條滾珠絲槓導軌的一端安裝步進電機，步進電機由電機驅動器驅動，電機驅動器由運動控制器控制。
[0018]優選地,該裝置還包括:
[0019]底板包括「一」形孔和相對的「T」形孔，底板上布置有壓住植物葉片的壓線網。
[0020]優選地,該裝置還包括:[0021 ] 標準材質比對板，放置在底板上，位於植物葉片一側。
[0022]優選地，該裝置還包括:
[0023]處理設備，連接到照相設備，
[0024]處理設備控制照相設備的拍攝開始時間、拍攝頻率和拍攝結束時間，
[0025]和/ 或，
[0026]處理設備存儲拍攝的照片並對照片進行處理得到植物葉片的表觀紋理材質數據。
[0027]優選地，白光燈被不透光外殼封閉,夕卜殼在與底板相對的下方留有一條出射光線的狹縫。
[0028]優選地，箱體下方安裝有可調節高度的升降支架。
[0029]根據本發明的另一方面，提供了一種植物葉片表觀紋理材質信息採集的方法，其特徵在於，採用上述裝置，該方法包括:
[0030]將植物葉片放置底板上，照相設備的鏡頭對著植物葉片，閉合箱體形成封閉空間；
[0031]使用白光燈在底板上形成白光帶；
[0032]使用雷射定位器在白光帶上形成雷射定位點；
[0033]使用移動裝置將水平橫梁從箱體一端移動到另一端，照相設備以設定的頻率連續拍照。
[0034]優選地，該方法還包括:
[0035]照相設備將連續拍得的照片傳送到處理設備，處理設備根據葉片每個點在不同照片上的輻照度，計算該點的反射率，從而獲得葉片表觀紋理材質數據。
[0036](三)有益效果
[0037]本發明採用移動支架、傳送機構和白光燈和雷射定位器，能連續獲得高質量的植物葉片表觀紋理材質圖像，提高了採集植物葉片表觀紋理材質信息的標準化、自動化水平。同時，本發明降低了植物葉片表觀紋理材質信息採集的人工成本和操作複雜度，對於提升植物三維虛擬仿真效果有著巨大的現實意義。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0038]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0039]圖1是根據本發明一個實施例的植物葉片表觀紋理材質信息採集裝置去掉上蓋的立體視圖。
[0040]圖2是根據本發明一個實施例的植物葉片表觀紋理材質信息採集裝置去掉上蓋的平面視圖。
[0041]圖3是根據本發明一個實施例的植物葉片表觀紋理材質信息採集裝置上蓋閉合時的立體視圖，其中升降支架被放大分離示出。
[0042]圖4是根據本發明一個實施例的植物葉片表觀紋理材質信息採集裝置的壓線網的平面視圖。【具體實施方式】
[0043]下面結合附圖和實施例對本發明的實施方式作進一步詳細描述。以下實施例僅用於說明本發明，而不能用來限制本發明的範圍。
[0044]本發明通過一種植物葉片表觀紋理材質信息採集裝置來提高植物葉片表觀紋理材質信息採集的自動化程度。該裝置主要包括:箱體、移動機構、白光燈、雷射定位器和照相設備。其中:
[0045]箱體，可閉合形成密閉空間，包括放置植物葉片的底板，以及與底板相接的側板與端板；
[0046]移動機構，安裝在箱體上，包括位於底板上方的水平橫梁；
[0047]白光燈，安裝在水平橫梁下方，用於在底板上形成白光帶；
[0048]雷射定位器，安裝在水平橫梁上，用於在白光帶上形成雷射定位點；
[0049]照相設備，安裝在端板上，鏡頭對著底板放置植物葉片的區域。
[0050]通過箱體，防止拍照時環境光線幹擾，箱體也可包括上蓋，蓋上上蓋則形成密閉空間；採用移動機構，是為了連續採集一系列的圖片來儘可能精確計算葉片上的每個點的表觀紋理材質數據；移動機構的類型不限，只要能使水平橫梁水平運動即可；使用白光燈是作為拍照時的光源；照相設備，用於拍照。在一些優選實施例中，該裝置還可包括其他的一些結構，下面結合附圖描述一種可攜式植物葉片表觀紋理材質信息採集裝置的較佳實施例。
[0051]圖1到圖4示出了一種可攜式植物葉片表觀紋理材質信息採集裝置及其部件，各附圖標記代表的部件為:1.外殼；2.移動橫梁；3.密閉遮光條；4.滾珠絲槓導軌；5.白光燈；6.定位雷射器；7.壓線網；8.底板；9.植物葉片樣本；10.上蓋；11.升降支架；12.照相設備；13.支架；14.步進電機；15.控制臺；16.電源開關；17.直流電源；18.電機驅動器；19.運動控制器；20.標準材質比對板。
[0052]如圖1-3所示，裝置主體部分由一個箱體構成，其中箱體包括:外殼I和上蓋10，合起來可組成一個封閉空間。其中外殼I的兩個側板為直角梯形，一個高端板為長方形，與直角梯形的長底邊相接，並且包括底板8，為長方形；上蓋10由兩個板連接構成，一個低端板與直角梯形的短邊配合，一個上板與直角梯形的斜邊配合，上板一端鉸接固定在外殼I的端板，可向上翻起，扣下時與箱體外殼密閉接觸，接合處可安裝密閉遮光條，例如使用黑色軟橡膠條或海綿條。箱體的尺寸例如可為這樣:長度可為700-800mm，寬度400-500mm，低端高 200-300mm,高端高 400-500mm。
[0053]外殼I的兩個側板的內面距底板8 一定距離、例如150_200mm處各水平平行安裝一條滾珠絲槓導軌4，滾珠絲槓導軌4的有效行程400-500mm，兩導軌4之間安裝一條可在導軌上移動的水平橫梁2。雖然在該實施例中具體限定了移動機構，但是本領域技術人員可以理解，還可以設置其他類型的移動機構。
[0054]水平橫梁2例如長380-480mm，寬40mm。水平橫梁2下方水平安裝白光燈5，用於在底板上形成白光帶。白光燈5例如為白光燈管,還可用不透光外殼將白光燈5封閉,夕卜殼在與底板相對的下方留有一條出射光線的狹縫。水平橫梁2中部的側方或下方安裝定位雷射器6，使其發射的雷射線位於白光燈5在底板8上形成的白光帶的大致中心位置，定位雷射器6例如為一字線雷射器。如圖2所示，植物葉片9放置在底板8上，由壓線網7壓平。底板按照圖中方式開設有「一」形孔和相對的「T」形孔，以適應長條形葉片(例如玉米)和掌狀葉片(例如黃瓜)的夾裝固定。長條形葉片夾裝固定方式為:長條形葉片從「T」形孔的「T」字頭穿入，從另一側「一」形長孔穿出，如葉片長度不足以穿出，則無需穿出；掌狀葉片將其葉柄從「T」形孔的豎孔移入，從而使整個葉片位於底板中部。放置好之後可將壓線網7壓在植物葉片9上，以保證植物葉片9呈較平展的狀態便於數據採集。箱體下方安裝升降支架11，採集信息時調整支架11的高度來適應植物葉片9的高度，然後將植物葉片9從「一」形孔或相對的「T」形孔穿入，因此採集時不需要從植物上採摘植物葉片9，可以直接測量，不會損傷作物，由於活體測量，採集的植物葉片9的表觀紋理材質信息也更準確。
[0055]在底板8放置一個標準材質比對板20，位於植物葉片9的一側，該比對板20表面具有均勻的、固定的、已知的漫反射率，例如可為標準的A4列印紙。
[0056]壓線網7的結構如圖4所示，使用例如為鋁合金的輕質剛性材質製作邊框，使用表面粗糙的細棉線編織網線，網線橫縱垂直分布，網孔邊長例如為50_。
[0057]外殼I的高端板內面上部安裝支架13，支架13上安裝照相設備12，照相設備12例如為攝像頭，也可為相機，照相設備12的鏡頭可上下調節，照片的畫面覆蓋植物葉片9和標準材質比對板。照相設備12與處理設備(圖中沒有示出)相連，通過處理設備控制圖像採集，控制照相設備12的拍攝開始時間、拍攝頻率和拍攝結束時間，並存儲拍攝的照片，處理設備例如為計算機。
[0058]兩條滾珠絲槓導軌4的一端分別安裝同型號的步進電機14，步進電機14由電機驅動器18驅動而同步運動，電機驅動器18由運動控制器19控制，運動控制器19連接到處理設備，從而實現通過處理設備控制電機14運轉，以達到控制水平橫梁2在植物葉片9上方水平勻速運動的目的。直流電源17、電機驅動器18、運動控制器19以及電源開關16安裝在控制臺上。
[0059]使用該實施例的裝置採集植物葉片表觀紋理材質信息的方法為:
[0060]將植物葉片9放置在底板8上，夾裝固定好植物葉片9，照相設備12的鏡頭對著植物葉片9，關閉上蓋10，使箱體形成封閉空間；
[0061]使用安裝在水平橫梁2下的白光燈5在底板8上形成白光帶；
[0062]使用安裝在水平橫梁2中部的雷射定位器6在白光帶上形成雷射定位點；
[0063]使用移動裝置將水平橫梁2從箱體一端移動到另一端，照相設備12以一定頻率連續拍照。具體可以為:首先控制水平橫梁2移動到箱體低端板一側，作為初始位置，然後控制水平橫梁2水平慢速地向箱體高端板一側移動，移動速率例如為0.lmm/s,同步控制照相設備米集圖像，米集頻率例如為lfps。
[0064]拍照完後使用處理設備對一次流程拍得的照片進行處理:照相設備12將連續拍得的照片傳送到處理設備，處理設備根據葉片每個位置在不同照片上的輻照度，計算該位置的反射率，從而獲得葉片表觀紋理材質數據。
[0065]通過連續拍得的照片計算葉片表觀紋理材質數據方法如下，以拍攝的照片數量為400張為例，利用獲取的照片數據進行葉片材質參數的擬合，我們利用下面的公式作為葉片的材質模型:
【權利要求】
1.一種植物葉片表觀紋理材質信息採集裝置，其特徵在於，該裝置包括: 箱體，可閉合形成密閉空間，包括放置植物葉片的底板，以及與底板相接的側板與端板； 移動機構，安裝在箱體上，包括位於底板上方的水平橫梁； 白光燈，安裝在水平橫梁下方，用於在底板上形成白光帶； 雷射定位器，安裝在水平橫梁上，用於在白光帶上形成雷射定位點； 照相設備，安裝在端板上，鏡頭對著底板放置植物葉片的區域。
2.權利要求1所述的植物葉片表觀紋理材質信息採集裝置，其特徵在於，移動機構還包括: 兩條滾珠絲槓導軌，平行於底板分別安裝在兩塊側板上，水平橫梁垂直安裝在兩條導軌上，可沿著導軌移動。
3.權利要求2所述的植物葉片表觀紋理材質信息採集裝置，其特徵在於，移動機構還包括: 兩條滾珠絲槓導軌的一端安裝步進電機，步進電機由電機驅動器驅動，電機驅動器由運動控制器控制。
4.權利要求1所述的植物葉片表觀紋理材質信息採集裝置，其特徵在於，該裝置還包括:` 底板包括「一」形孔和相對的「T」形孔，底板上布置有壓住植物葉片的壓線網。
5.權利要求1-4其中任一項所述的植物葉片表觀紋理材質信息採集裝置，該裝置還包括: 標準材質比對板，放置在底板上，位於植物葉片一側。
6.權利要求1-4其中任一項所述的植物葉片表觀紋理材質信息採集裝置，其特徵在於，該裝置還包括: 處理設備，連接到照相設備， 處理設備控制照相設備的拍攝開始時間、拍攝頻率和拍攝結束時間， 和/或， 處理設備存儲拍攝的照片並對照片進行處理得到植物葉片的表觀紋理材質數據。
7.權利要求1-4其中任一項所述的植物葉片表觀紋理材質信息採集裝置，其特徵在於， 白光燈被不透光外殼封閉，外殼在與底板相對的下方留有一條出射光線的狹縫。
8.權利要求1-4其中任一項所述的植物葉片表觀紋理材質信息採集裝置，其特徵在於，箱體下方安裝有可調節高度的升降支架。
9.一種權利要求1-8任一項所述的植物葉片表觀紋理材質信息採集裝置的採集方法，其特徵在於，採用其中任一項的裝置，該方法包括: 將植物葉片放置底板上，照相設備的鏡頭對著植物葉片，閉合箱體形成封閉空間； 使用白光燈在底板上形成白光帶； 使用雷射定位器在白光帶上形成雷射定位點； 使用移動裝置將水平橫梁從箱體一端移動到另一端，照相設備以設定的頻率連續拍照。
10.權利要求9所述的植物葉片表觀紋理材質信息採集的方法，其特徵在於，該方法還包括: 照相設備將連續拍得的照片傳送到處理設備，處理設備根據葉片每個點在不同照片上的輻照度，計算該點的反射 率，從而獲得葉片表觀紋理材質數據。
【文檔編號】G01N21/84GK103487439SQ201310436243
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月23日 優先權日:2013年9月23日
【發明者】郭新宇, 肖伯祥, 苗騰, 陸聲鏈, 溫維亮 申請人:北京農業信息技術研究中心