一種用于快速獲取植株三維輪廓的裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于快速獲取植株三維輪廓的裝置，該裝置包括計(jì)算機(jī)、攝像頭、機(jī)架、橫臂和豎臂；所述機(jī)架為三層結(jié)構(gòu)，每層水平設(shè)置有用于放置計(jì)算機(jī)的薄板，機(jī)架底部設(shè)置有滾輪，且在機(jī)架頂層薄板的中心位置垂直安裝豎桿；所述橫臂的一端通過(guò)連接件與豎桿活動(dòng)連接；所述橫臂的另一端通過(guò)組合連接件與豎臂活動(dòng)連接，所述橫臂與所述豎臂上均設(shè)置有用于固定攝像頭的攝像頭托件；所述計(jì)算機(jī)與攝像頭之間通信連接。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、制作成本較低，省時(shí)易操作，能夠?qū)崿F(xiàn)快速獲取植株的三維輪廓，具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種用于快速獲取植株三維輪廓的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于農(nóng)業(yè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種能夠在不同環(huán)境下快速獲取煙草植株三維輪廓，準(zhǔn)確描述煙草株型的裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]為定量分析植株的株型，通常需要先獲取植株輪廓，傳統(tǒng)的輪廓獲取方式為過(guò)普通的相機(jī)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(xiàn)植株的輪廓特征，但是由于二維輪廓只是現(xiàn)實(shí)世界的二維映射，因此不能完整地體現(xiàn)植株真實(shí)的三維輪廓特征，不能精確描述、判斷植株株型。
[0003]通過(guò)獲取植株的三維輪廓，可實(shí)現(xiàn)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激光掃描法。由于受到光源類(lèi)型的限制，激光掃描法不能在自然光環(huán)境下應(yīng)用，只能在特殊光環(huán)境條件下使用。同時(shí)，由于煙草葉片間相互遮擋較為嚴(yán)重，需要逐葉進(jìn)行激光掃描，耗時(shí)較長(zhǎng)且數(shù)據(jù)量大。此外，激光掃描設(shè)備昂貴，且需要較高的實(shí)驗(yàn)操作技能，這些因素都限制了激光掃描的應(yīng)用范圍和領(lǐng)域。因此，亟需一種能夠在不同環(huán)境下(包括大田環(huán)境)使用；成本低廉、省時(shí)易操作、且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的煙草植株三維輪廓獲取裝置。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種能夠在不同環(huán)境下使用，成本低廉、省時(shí)易操作、且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的煙草植株三維輪廓獲取裝置。
[0005]本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，該裝置包括計(jì)算機(jī)、攝像頭、機(jī)架、橫臂和豎臂；所述機(jī)架為三層結(jié)構(gòu)，每層水平設(shè)置有用于放置計(jì)算機(jī)的薄板，機(jī)架底部設(shè)置有滾輪，且在機(jī)架頂層薄板的中心位置垂直安裝豎桿；所述橫臂的一端通過(guò)連接件與豎桿活動(dòng)連接；所述橫臂的另一端通過(guò)組合連接件與豎臂活動(dòng)連接，所述橫臂與所述豎臂上均設(shè)置有用于固定攝像頭的攝像頭托件；所述計(jì)算機(jī)與攝像頭之間通信連接。
[0006]所述連接件的結(jié)構(gòu)為管壁上設(shè)置有吊環(huán)螺栓的中空鋼管；所述組合連接件由兩個(gè)連接件相互垂直焊接構(gòu)成；所述攝像頭托件由連接件和垂直焊接在連接件上的卡槽構(gòu)成。
[0007]本實(shí)用新型將計(jì)算機(jī)、可移動(dòng)的機(jī)架與設(shè)置有攝像頭的橫臂和豎臂結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成獲取植株三維輪廓的裝置，本裝置適用于自然光環(huán)境下的圖像獲取，測(cè)試人員只需將上述部件簡(jiǎn)單組合，即可對(duì)不同環(huán)境下的植株進(jìn)行圖像獲取，安裝調(diào)試簡(jiǎn)單易行，使用范圍和領(lǐng)域較多，具有很好的推廣使用價(jià)值。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、制作成本較低，省時(shí)易操作，能夠?qū)崿F(xiàn)快速獲取植株的三維輪廓。
【專(zhuān)利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0009]圖2為本實(shí)用新型的主視示意圖；
[0010]圖3為本實(shí)用新型中連接件的結(jié)構(gòu)示意圖；[0011]圖4為本實(shí)用新型中攝像頭托件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖中:1為機(jī)架、2為薄板、3為滾輪、4為豎桿、5為豎臂、6為橫臂、7為連接件、8為攝像頭托件、9為組合連接件、10為中空鋼管、11為吊環(huán)螺栓、12為卡槽。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，但不以任何方式對(duì)本實(shí)用新型加以限制，基于本實(shí)用新型教導(dǎo)所作的任何變換，均落入本實(shí)用新型保護(hù)范圍。
[0014]如圖1至圖4所示，本實(shí)用新型包括計(jì)算機(jī)、攝像頭、機(jī)架1、橫臂6和豎臂5 ;所述機(jī)架I為三層結(jié)構(gòu)，每層水平設(shè)置有用于放置計(jì)算機(jī)的薄板2，其底部設(shè)置有滾輪3，且在其頂層薄板的中心位置垂直安裝豎桿4 ;所述橫臂6的一端通過(guò)連接件7與豎桿4活動(dòng)連接；所述橫臂6的另一端通過(guò)組合連接件9與豎臂5活動(dòng)連接，所述橫臂6與所述豎臂5上均設(shè)置有用于固定攝像頭的攝像頭托件8 ;所述計(jì)算機(jī)與攝像頭之間通信連接。
[0015]所述連接件7的結(jié)構(gòu)為管壁上設(shè)置有吊環(huán)螺栓11的中空鋼管10，所述中空鋼管10的長(zhǎng)度為8cm,內(nèi)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(gè)連接件7相互垂直焊接構(gòu)成。
[0018]所述攝像頭托件8由連接件7和垂直焊接在連接件7上的卡槽12構(gòu)成，所述卡槽12用于卡裝攝像頭。
[0019]所述豎桿4、橫臂6和豎臂5的直徑均為1cm，小于中空鋼管10的內(nèi)徑，確保中空鋼管10能夠在所述豎桿4、橫臂6和豎臂5上靈活移動(dòng)。
[0020]所述計(jì)算機(jī)為筆記本電腦，所述計(jì)算機(jī)與攝像頭之間通過(guò)USB數(shù)據(jù)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(shè)置有I個(gè)用于固定攝像頭的攝像頭托件8，所述豎臂5上設(shè)置有6個(gè)用于固定攝像頭的攝像頭托件8 ;實(shí)際工作中，可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，調(diào)整設(shè)置在橫臂6和豎臂5上的攝像頭個(gè)數(shù)。
[0022]所述滾輪3上設(shè)置有剎車(chē)變向裝置，使得機(jī)架I既能夠直行運(yùn)動(dòng)，也能改變方向運(yùn)動(dòng)，使用靈活。
[0023]本實(shí)用新型的工作原理及工作過(guò)程:
[0024]本實(shí)用新型將計(jì)算機(jī)、可移動(dòng)的機(jī)架與設(shè)置有攝像頭的橫臂和豎臂結(jié)合起來(lái)，構(gòu)成獲取植株三維輪廓的裝置，測(cè)試人員只需將上述部件簡(jiǎn)單組合，即可對(duì)不同環(huán)境下的植株進(jìn)行圖像獲取，安裝調(diào)試簡(jiǎn)單易行，具有很好的推廣使用價(jià)值。
[0025]下面以室內(nèi)獲取煙草植株圖像為例，對(duì)本實(shí)用新型的工作過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0026]首先，在煙草田間實(shí)驗(yàn)小區(qū)，選取打頂期的同壟相鄰的兩株具有代表性的煙株，測(cè)量記錄其相對(duì)位置以及壟寬、壟高及壟溝寬等數(shù)據(jù)。挖取煙株，帶土移入花盆中并移至室內(nèi)，適量澆水使其恢復(fù)原貌，同時(shí)根據(jù)之前記錄下的數(shù)據(jù)，恢復(fù)兩株煙株間的相對(duì)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(kāi)啟筆記本并啟動(dòng)攝像頭驅(qū)動(dòng)程序，進(jìn)行圖像保存前的預(yù)覽。根據(jù)田間實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)，將獲取植株輪廓的裝置安置于煙株群體一側(cè)(相當(dāng)于壟溝)。根據(jù)預(yù)覽圖像，松緊連接橫臂與豎桿的連接件上的吊環(huán)螺栓調(diào)整橫臂高度，以及調(diào)整設(shè)置于橫臂上攝像頭托件的吊環(huán)螺栓，調(diào)整攝像頭的水平位置，使其位于煙株群體的中央正上方位置；同時(shí)，調(diào)整設(shè)置在豎臂上的攝像頭托件的吊環(huán)螺栓，調(diào)整攝像頭之間的位置，確保實(shí)現(xiàn)各個(gè)攝像頭成像畫(huà)面相互間有部分重疊并能覆蓋群體一側(cè)的全貌。調(diào)整完畢后，打開(kāi)攝像頭驅(qū)動(dòng)程序，獲取煙株圖像并實(shí)時(shí)保存，同時(shí)立即推動(dòng)機(jī)架從煙株群體的一端以較快速度進(jìn)行勻速直線運(yùn)動(dòng)，到達(dá)另一端時(shí)迅速關(guān)閉攝像頭驅(qū)動(dòng)程序。在煙株群體的另一側(cè)，重復(fù)上述過(guò)程，從而得到整個(gè)群體全面的圖像集，上述圖像集的獲取過(guò)程需保持煙株群體靜止。
[0028]利用現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)展較為成熟的開(kāi)源非商業(yè)軟件CMVS和上述獲取的圖像集得到點(diǎn)云，再基于現(xiàn)有的PCL (Point Cloud Library)編程,對(duì)上述點(diǎn)云進(jìn)行除噪、分割處理、最后利用分割的點(diǎn)云得到煙株各葉片云的三維輪廓，將各葉片的點(diǎn)云相加，得到整株煙草的
三維輪廓。
[0029]上述實(shí)施例中使用的機(jī)架的長(zhǎng)寬高分別為100cm、30cm、130cm ;豎桿長(zhǎng)50cm，直徑為Icm ;橫臂長(zhǎng)為150cm,直徑為Icm ;豎臂長(zhǎng)為170cm,直徑為Icm ;連接件的空心鋼管長(zhǎng)為8cm,內(nèi)徑為1.2cm ;以上各部件均采用不銹鋼制作，使用壽命較長(zhǎng)，且各部件的尺寸可以根據(jù)待測(cè)植株田間狀況和攝像頭大小確定，同時(shí)上述點(diǎn)云獲取和三維輪廓獲取部分基于成熟的開(kāi)源非商業(yè)軟件，實(shí)現(xiàn)較為容易，可以根據(jù)需要，對(duì)上述裝置進(jìn)行簡(jiǎn)單的調(diào)整和改造，即可用于獲取其它作物植株的三維輪廓。
[0030]本實(shí)用新型提供的獲取植株三維輪廓的裝置能夠在自然光環(huán)境下應(yīng)用，不僅適用于室內(nèi)獲取，也適用于大田環(huán)境圖形獲取，其安裝操作簡(jiǎn)便，能夠快速獲取植株的三維輪廓，擴(kuò)大了其使用的范圍和領(lǐng)域。
【權(quán)利要求】
1.一種用于快速獲取植株三維輪廓的裝置，其特征在于，包括計(jì)算機(jī)、攝像頭、機(jī)架(I)、橫臂(6)和豎臂(5);所述機(jī)架(I)為三層結(jié)構(gòu)，每層水平設(shè)置有用于放置計(jì)算機(jī)的薄板(2)，其底部設(shè)置有滾輪(3)，且在其頂層薄板的中心位置垂直安裝豎桿(4);所述橫臂(6)的一端通過(guò)連接件(7)與豎桿(4)活動(dòng)連接；所述橫臂(6)的另一端通過(guò)組合連接件(9)與豎臂(5)活動(dòng)連接，所述橫臂(6)與所述豎臂(5)上均設(shè)置有用于固定攝像頭的攝像頭托件(8);所述計(jì)算機(jī)與攝像頭之間通信連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于快速獲取植株三維輪廓的裝置，其特征在于，所述連接件(7)的結(jié)構(gòu)為管壁上設(shè)置有吊環(huán)螺栓(11)的中空鋼管(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于快速獲取植株三維輪廓的裝置，其特征在于，所述連接件(7)垂直焊接在橫臂(6)的一端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種用于快速獲取植株三維輪廓的裝置，其特征在于，所述組合連接件(9)由兩個(gè)連接件(7)相互垂直焊接構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于快速獲取植株三維輪廓的裝置，其特征在于，所述攝像頭托件(8)由連接件(7)和垂直焊接在連接件(7)上的卡槽(12)構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于快速獲取植株三維輪廓的裝置，其特征在于，所述豎桿(4)、橫臂(6)和豎臂(5)的直徑均為1cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于快速獲取植株三維輪廓的裝置，其特征在于，所述構(gòu)成連接件(7)的中空鋼管(10)的內(nèi)徑為1.2cm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于快速獲取植株三維輪廓的裝置，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)為筆記本電腦，所述計(jì)算機(jī)與攝像頭之間通過(guò)USB數(shù)據(jù)線連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于快速獲取植株三維輪廓的裝置，其特征在于，所述橫臂(6)上設(shè)置有I個(gè)用于固定攝像頭的攝像頭托件(8)，所述豎臂(5)上設(shè)置有6個(gè)用于固定攝像頭的攝像頭托件(8)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于快速獲取植株三維輪廓的裝置，其特征在于，所述滾輪(3)上設(shè)置有剎車(chē)變向裝置。
【文檔編號(hào)】G01B11/24GK203772229SQ201420100367
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月6日
【發(fā)明者】楊宇虹, 晉艷, 徐照麗, 勞彩蓮, 郭焱, 段玉琪, 鄧小鵬, 胡鵬程 申請(qǐng)人:云南省煙草農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院