一種用於快速獲取植株三維輪廓的裝置製造方法
2024-03-20 18:05:05 1
一種用於快速獲取植株三維輪廓的裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種用於快速獲取植株三維輪廓的裝置，該裝置包括計算機、攝像頭、機架、橫臂和豎臂；所述機架為三層結構，每層水平設置有用於放置計算機的薄板，機架底部設置有滾輪，且在機架頂層薄板的中心位置垂直安裝豎杆；所述橫臂的一端通過連接件與豎杆活動連接；所述橫臂的另一端通過組合連接件與豎臂活動連接，所述橫臂與所述豎臂上均設置有用於固定攝像頭的攝像頭託件；所述計算機與攝像頭之間通信連接。本實用新型的結構簡單、體積小、製作成本較低，省時易操作，能夠實現快速獲取植株的三維輪廓，具有很好的推廣應用價值。
【專利說明】一種用於快速獲取植株三維輪廓的裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型屬於農業【技術領域】，具體涉及一種能夠在不同環境下快速獲取菸草植株三維輪廓，準確描述菸草株型的裝置。
【背景技術】
[0002]為定量分析植株的株型，通常需要先獲取植株輪廓，傳統的輪廓獲取方式為過普通的相機拍照，從圖像中獲取其二維輪廓。二維輪廓能夠在一定程度上體現植株的輪廓特徵，但是由於二維輪廓只是現實世界的二維映射，因此不能完整地體現植株真實的三維輪廓特徵，不能精確描述、判斷植株株型。
[0003]通過獲取植株的三維輪廓，可實現精確描述、判斷植株株型。目前主流的植株三維輪廓的獲取方式為雷射掃描法。由於受到光源類型的限制，雷射掃描法不能在自然光環境下應用，只能在特殊光環境條件下使用。同時，由於菸草葉片間相互遮擋較為嚴重，需要逐葉進行雷射掃描，耗時較長且數據量大。此外，雷射掃描設備昂貴，且需要較高的實驗操作技能，這些因素都限制了雷射掃描的應用範圍和領域。因此，亟需一種能夠在不同環境下(包括大田環境)使用；成本低廉、省時易操作、且結構簡單的菸草植株三維輪廓獲取裝置。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的在於提供一種能夠在不同環境下使用，成本低廉、省時易操作、且結構簡單的菸草植株三維輪廓獲取裝置。
[0005]本實用新型的目的是這樣實現的，該裝置包括計算機、攝像頭、機架、橫臂和豎臂；所述機架為三層結構，每層水平設置有用於放置計算機的薄板，機架底部設置有滾輪，且在機架頂層薄板的中心位置垂直安裝豎杆；所述橫臂的一端通過連接件與豎杆活動連接；所述橫臂的另一端通過組合連接件與豎臂活動連接，所述橫臂與所述豎臂上均設置有用於固定攝像頭的攝像頭託件；所述計算機與攝像頭之間通信連接。
[0006]所述連接件的結構為管壁上設置有吊環螺栓的中空鋼管；所述組合連接件由兩個連接件相互垂直焊接構成；所述攝像頭託件由連接件和垂直焊接在連接件上的卡槽構成。
[0007]本實用新型將計算機、可移動的機架與設置有攝像頭的橫臂和豎臂結合起來，構成獲取植株三維輪廓的裝置，本裝置適用於自然光環境下的圖像獲取，測試人員只需將上述部件簡單組合，即可對不同環境下的植株進行圖像獲取，安裝調試簡單易行，使用範圍和領域較多，具有很好的推廣使用價值。本實用新型的結構簡單、體積小、製作成本較低，省時易操作，能夠實現快速獲取植株的三維輪廓。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1為本實用新型的結構示意圖；
[0009]圖2為本實用新型的主視示意圖；
[0010]圖3為本實用新型中連接件的結構示意圖；[0011]圖4為本實用新型中攝像頭託件的結構示意圖；
[0012]圖中:1為機架、2為薄板、3為滾輪、4為豎杆、5為豎臂、6為橫臂、7為連接件、8為攝像頭託件、9為組合連接件、10為中空鋼管、11為吊環螺栓、12為卡槽。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖對本實用新型作進一步說明，但不以任何方式對本實用新型加以限制，基於本實用新型教導所作的任何變換，均落入本實用新型保護範圍。
[0014]如圖1至圖4所示，本實用新型包括計算機、攝像頭、機架1、橫臂6和豎臂5 ;所述機架I為三層結構，每層水平設置有用於放置計算機的薄板2，其底部設置有滾輪3，且在其頂層薄板的中心位置垂直安裝豎杆4 ;所述橫臂6的一端通過連接件7與豎杆4活動連接；所述橫臂6的另一端通過組合連接件9與豎臂5活動連接，所述橫臂6與所述豎臂5上均設置有用於固定攝像頭的攝像頭託件8 ;所述計算機與攝像頭之間通信連接。
[0015]所述連接件7的結構為管壁上設置有吊環螺栓11的中空鋼管10，所述中空鋼管10的長度為8cm,內徑為1.2cm。
[0016]所述連接件7垂直焊接在橫臂6的一端，即將中空鋼管10的管壁與橫臂6的一端焊接固定。
[0017]所述組合連接件9由兩個連接件7相互垂直焊接構成。
[0018]所述攝像頭託件8由連接件7和垂直焊接在連接件7上的卡槽12構成，所述卡槽12用於卡裝攝像頭。
[0019]所述豎杆4、橫臂6和豎臂5的直徑均為1cm，小於中空鋼管10的內徑，確保中空鋼管10能夠在所述豎杆4、橫臂6和豎臂5上靈活移動。
[0020]所述計算機為筆記本電腦，所述計算機與攝像頭之間通過USB數據線連接，為方便的獲取較為全面的圖像，上述攝像頭均選用廣角100度的USB攝像頭。
[0021]所述橫臂6上設置有I個用於固定攝像頭的攝像頭託件8，所述豎臂5上設置有6個用於固定攝像頭的攝像頭託件8 ;實際工作中，可根據現場情況，調整設置在橫臂6和豎臂5上的攝像頭個數。
[0022]所述滾輪3上設置有剎車變向裝置，使得機架I既能夠直行運動，也能改變方向運動，使用靈活。
[0023]本實用新型的工作原理及工作過程:
[0024]本實用新型將計算機、可移動的機架與設置有攝像頭的橫臂和豎臂結合起來，構成獲取植株三維輪廓的裝置，測試人員只需將上述部件簡單組合，即可對不同環境下的植株進行圖像獲取，安裝調試簡單易行，具有很好的推廣使用價值。
[0025]下面以室內獲取菸草植株圖像為例，對本實用新型的工作過程進行詳細說明。
[0026]首先，在菸草田間實驗小區，選取打頂期的同壟相鄰的兩株具有代表性的煙株，測量記錄其相對位置以及壟寬、壟高及壟溝寬等數據。挖取煙株，帶土移入花盆中並移至室內，適量澆水使其恢復原貌，同時根據之前記錄下的數據，恢復兩株煙株間的相對位置。
[0027]其次，安裝獲取植株三維輪廓的裝置，將攝像頭均連接至筆記本電腦，開啟筆記本並啟動攝像頭驅動程序，進行圖像保存前的預覽。根據田間實際測量數據，將獲取植株輪廓的裝置安置於煙株群體一側(相當於壟溝)。根據預覽圖像，鬆緊連接橫臂與豎杆的連接件上的吊環螺栓調整橫臂高度，以及調整設置於橫臂上攝像頭託件的吊環螺栓，調整攝像頭的水平位置，使其位於煙株群體的中央正上方位置；同時，調整設置在豎臂上的攝像頭託件的吊環螺栓，調整攝像頭之間的位置，確保實現各個攝像頭成像畫面相互間有部分重疊並能覆蓋群體一側的全貌。調整完畢後，打開攝像頭驅動程序，獲取煙株圖像並實時保存，同時立即推動機架從煙株群體的一端以較快速度進行勻速直線運動，到達另一端時迅速關閉攝像頭驅動程序。在煙株群體的另一側，重複上述過程，從而得到整個群體全面的圖像集，上述圖像集的獲取過程需保持煙株群體靜止。
[0028]利用現有技術中發展較為成熟的開源非商業軟體CMVS和上述獲取的圖像集得到點雲，再基於現有的PCL (Point Cloud Library)編程,對上述點雲進行除噪、分割處理、最後利用分割的點雲得到煙株各葉片雲的三維輪廓，將各葉片的點雲相加，得到整株菸草的
三維輪廓。
[0029]上述實施例中使用的機架的長寬高分別為100cm、30cm、130cm ;豎杆長50cm，直徑為Icm ;橫臂長為150cm,直徑為Icm ;豎臂長為170cm,直徑為Icm ;連接件的空心鋼管長為8cm,內徑為1.2cm ;以上各部件均採用不鏽鋼製作，使用壽命較長，且各部件的尺寸可以根據待測植株田間狀況和攝像頭大小確定，同時上述點雲獲取和三維輪廓獲取部分基於成熟的開源非商業軟體，實現較為容易，可以根據需要，對上述裝置進行簡單的調整和改造，即可用於獲取其它作物植株的三維輪廓。
[0030]本實用新型提供的獲取植株三維輪廓的裝置能夠在自然光環境下應用，不僅適用於室內獲取，也適用於大田環境圖形獲取，其安裝操作簡便，能夠快速獲取植株的三維輪廓，擴大了其使用的範圍和領域。
【權利要求】
1.一種用於快速獲取植株三維輪廓的裝置，其特徵在於，包括計算機、攝像頭、機架(I)、橫臂(6)和豎臂(5);所述機架(I)為三層結構，每層水平設置有用於放置計算機的薄板(2)，其底部設置有滾輪(3)，且在其頂層薄板的中心位置垂直安裝豎杆(4);所述橫臂(6)的一端通過連接件(7)與豎杆(4)活動連接；所述橫臂(6)的另一端通過組合連接件(9)與豎臂(5)活動連接，所述橫臂(6)與所述豎臂(5)上均設置有用於固定攝像頭的攝像頭託件(8);所述計算機與攝像頭之間通信連接。
2.根據權利要求1所述的一種用於快速獲取植株三維輪廓的裝置，其特徵在於，所述連接件(7)的結構為管壁上設置有吊環螺栓(11)的中空鋼管(10)。
3.根據權利要求1或2所述的一種用於快速獲取植株三維輪廓的裝置，其特徵在於，所述連接件(7)垂直焊接在橫臂(6)的一端。
4.根據權利要求1或2所述的一種用於快速獲取植株三維輪廓的裝置，其特徵在於，所述組合連接件(9)由兩個連接件(7)相互垂直焊接構成。
5.根據權利要求1所述的一種用於快速獲取植株三維輪廓的裝置，其特徵在於，所述攝像頭託件(8)由連接件(7)和垂直焊接在連接件(7)上的卡槽(12)構成。
6.根據權利要求1所述的一種用於快速獲取植株三維輪廓的裝置，其特徵在於，所述豎杆(4)、橫臂(6)和豎臂(5)的直徑均為1cm。
7.根據權利要求2所述的一種用於快速獲取植株三維輪廓的裝置，其特徵在於，所述構成連接件(7)的中空鋼管(10)的內徑為1.2cm。
8.根據權利要求1所述的一種用於快速獲取植株三維輪廓的裝置，其特徵在於，所述計算機為筆記本電腦，所述計算機與攝像頭之間通過USB數據線連接。
9.根據權利要求1所述的一種用於快速獲取植株三維輪廓的裝置，其特徵在於，所述橫臂(6)上設置有I個用於固定攝像頭的攝像頭託件(8)，所述豎臂(5)上設置有6個用於固定攝像頭的攝像頭託件(8)。
10.根據權利要求1所述的一種用於快速獲取植株三維輪廓的裝置，其特徵在於，所述滾輪(3)上設置有剎車變向裝置。
【文檔編號】G01B11/24GK203772229SQ201420100367
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年3月6日 優先權日:2014年3月6日
【發明者】楊宇虹, 晉豔, 徐照麗, 勞彩蓮, 郭焱, 段玉琪, 鄧小鵬, 胡鵬程 申請人:雲南省菸草農業科學研究院