鱼类三维图像扫描装置的制作方法

本实用新型属于水产研究自动化测量仪器领域，具体涉及一种鱼类三维图像扫描装置。

背景技术：

现有的线激光三维扫描装置，把被扫描物静止放置在一个平台上，平台旋转或平移，带动被扫描物旋转或平移，完成表面轮廓的点云数据收集，由于被扫描物放置在扫描台上，被扫描物与扫描台接触部分无法进行扫描，也就是说，现有技术无法对不规则物体尤其像鱼类表面进行扫描。

在水产科学研究中，对鱼类进行全身轮廓图像扫描，是研究鱼类生长规律、获取鱼类基本信息不可或缺的手段，目前的手持式三维扫描仪需要对鱼体各面进行多次扫描，其数据精度较低，活体鱼挣扎跳动时，无法进行三维扫描。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种鱼类三维图像扫描装置，可快速对鱼类进行全身三维图像扫描，得到鱼体表面每个点的（x,y,z,R,G,B）空间图像信息，即整个鱼体表面的轮廓及图像信息。

本实用新型的目的是以下述方式实现的：鱼类三维图像扫描装置，包括控制器、料盘，料盘下方设置有两个理鱼装置，两个理鱼装置之间设置有三维扫描装置，控制器通过数据线与三维扫描装置和称重装置连接，所述理鱼装置包括活动压板，活动压板一侧设置有弹簧，弹簧安装在理鱼筒内，位于三维扫描装置下方的理鱼装置与过渡槽连接，过渡槽的出口处安装有称重装置，三维扫描装置包括遮光箱，遮光箱内设置有水平线阵CCD传感器、垂直线阵CCD传感器、水平CCD光源、垂直CCD光源和至少3台线激光扫描组件，水平线阵CCD传感器和垂直线阵CCD传感器位于遮光箱体的一侧，水平CCD光源和垂直CCD光源位于与水平线阵CCD传感器和垂直线阵CCD传感器相对的另一侧，线激光扫描组件均匀分布在圆心在遮光箱进出口中轴线上的圆周上。

所述料盘中部设置有料孔，料孔下部连接有下料筒。

所述线激光扫描组件由线激光发射器、彩色摄像头、图像光源组成，图像光源下端安装有线激光发射器和彩色数码摄像头。

所述位于三维扫描装置下方的理鱼装置的活动压板下部安装有电子标签读取装置。

所述过渡槽通过旋转轴与理鱼装置连接。

所述称重装置为具有槽形盘的电子秤。

本实用新型的有益效果是：使用本实用新型可快速对鱼类进行全身三维图像扫描，得到鱼体表面每个点的（x,y,z,R,G,B）空间图像信息，即整个鱼体表面的轮廓及图像信息，同时可读取电子标签信息，称取鱼体重量等，极大的提高了工作效率，减少对活鱼的损伤，为鱼类研究提供更详细的基础数据。。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图Ⅰ。

图2是本实用新型的结构示意图Ⅱ。

图3是理鱼装置的结构示意图。

图4是三维扫描装置的结构示意图。

图5是主程序的流程图。

图6是三维图像扫描中断程序的流程图。

图7是称量中断程序的流程图。

图8是电子标签读取中断程序的流程图。

具体实施方式

实施例1：如图1、图3、图4所示，鱼类三维图像扫描装置，包括控制器16、料盘13，控制器16通过数据线与三维扫描装置8和称重装置20连接, 控制器16由单片机及控制电路组成，电源24为控制器16提供能源，便携式电脑15通过有线或无线与控制器16连接通信，把控制器中的记录信息转存到便携式电脑中进行处理，料盘13中部设置有料孔，料孔下部连接有下料筒14,下料筒14为软性下料筒，料盘13下方设置有两个理鱼装置1，目的为在鱼体滑落过程中始终保持姿态不变，两个理鱼装置之间设置有三维扫描装置8，控制器16通过数据线与理鱼装置1、三维扫描装置8和称重装置20连接，所述理鱼装置1包括理鱼筒2、活动压板3，理鱼筒2为矩形筒，矩形筒三面内壁光滑，活动压板3一侧光滑，另一侧通过不少于两只弹簧4与矩形筒非光滑内侧连接，活动压板3在矩形筒上部入口部位向弹簧侧弯曲，与矩形筒入口三个光滑内测形成喇叭口状，当鱼头朝下进入理鱼装置入口后，鱼体依靠自身重力下滑，活动压板3在弹簧4作用下挤压鱼体，以适应体形大小不一的鱼体或一条鱼前后体宽不同等特征，同时固定活鱼挣扎跳动，使鱼体较窄的两个侧面夹在活动压板光滑面与所对应的矩形筒内侧面之间，把鱼体整理为头部朝下、鱼体两个侧面在左右位置，鱼体背部和腹部在前后位置，保持该姿态向下滑行，三维扫描装置8包括遮光箱10，遮光箱10内设置有水平线阵CCD传感器6、垂直线阵CCD传感器7、水平CCD光源17、垂直CCD光源11和至少3台线激光扫描组件5，水平线阵CCD传感器6和垂直线阵CCD传感器7位于遮光箱体的一侧，水平CCD光源17和垂直CCD光源11位于与水平线阵CCD传感器6和垂直线阵CCD传感器7相对的另一侧，线激光扫描组件5均匀分布在圆心在遮光箱进出口中轴线上的圆周上，水平线阵CCD传感器及其光源分别放置在相对两侧，线阵CCD传感器感光点方向处于扫描截面上，其作用为监测是否有鱼通过扫描截面；垂直线阵CCD传感器，其感光点中心区域位于扫描截面上，其感光点方向与鱼体滑落方向一致，其焦点位置位于理鱼装置中在弹簧松弛状态下活动压板与其对应的矩形筒内测面中心位置，其作用为检测任意体厚的鱼体在滑落过程中经过检测面的速度变化，其另一侧装有垂直CCD光源；所有线激光扫描组件、两台线阵CCD传感器及光源均放置在遮光箱内，防止外界光线对三维扫描的干扰，遮光箱仅有进、出两个矩形口与上理鱼装置的出口及下理鱼装置的入口相对应。线激光扫描组件由线激光发射器22、彩色摄像头23、图像光源21组成，其原理是，开启线激光器发射激光，在扫描物表面形成一条激光线，摄像头采集每个激光点的像素位置，通过激光三角测距法，得到激光点与摄像头感光面的距离，由于摄像头位置固定，可计算出扫描物表面激光线每个点的空间位置（x,y,z），停止发射线激光，开启图像光源，彩色摄像头可得到由线激光扫描确定位置的每个像素的图像信息（R,G,B）。当鱼体头部最前部通过遮光箱入口9进入扫描截面时，鱼体遮挡水平和垂直CCD光源，水平线阵CCD传感器上形成投影，触发控制器开始进行三维图像扫描，记录此时鱼体头部前沿在垂直线阵CCD传感器上的位置，关闭水平和垂直CCD光源，开启线激光发射器，每个线激光扫描组件摄像头采集扫描截面上鱼体一个角度范围的激光形成的轮廓线每个点的位置数据，当所有线激光扫描组件完成激光线扫描后，线激光停止发射，开启图像光源，每个线激光扫描组件摄像头采集扫描截面上鱼体一个角度范围的激光轮廓线每个点的图像数据，当所有线激光扫描组件完成图像扫描后，停止图像光源，开启两个CCD光源及两个线阵CCD传感器监测，进入下一个扫描截面循环。随着鱼体向下滑落，控制器以一定间隔周期采集鱼体每个截面每个点的空间位置数据和图像数据（x,y,z,R,G,B），同时记录每个间隔周期鱼体头部前沿或鱼尾后沿在垂直线阵CCD传感器的位置信息，直到鱼尾通过扫描截面，CCD监测不到投影，控制器停止记录。鱼体滑落过程为匀加速运动，通过间隔时间、鱼体头部位置变化、尾部位置变化，可计算出整条鱼每个间隔的速度。通过对所有间隔扫描数据和鱼体滑落速度综合运算，得到整条鱼三维图像信息。位于三维扫描装置下方的理鱼装置通过旋转轴12与过渡槽19连接，过渡槽19为软性弧形过渡槽，其内壁光滑，使垂直下滑的鱼体无阻力变为水平惯性滑行，两个理鱼装置和三维扫描装置可一体绕旋转轴12向右倾斜，鱼体滑落方向与水平角度小于90度，降低鱼体滑落速度，在三维扫描装置8采集数据周期一定情况下，鱼体各测量截面距离缩短，对鱼体的测量更加精确，过渡槽19的出口处安装有称重装置20，称重装置20为具有槽形盘的电子秤，槽形盘内壁光滑，当鱼体整个滑入槽形盘时，控制器16读取电子秤数据，鱼体依靠惯性滑出槽形盘，完成一条鱼的测量。

控制器通过控制及数据线与两个线阵CCD传感器和光源、三个激光扫描组件、槽形盘电子秤连接。控制器监控水平线阵CCD传感器信号，一旦监测到有鱼体通过扫描截面，控制器连续周期扫描鱼体轮廓及图像信息，同时实时记录鱼体头部或尾部在垂直线阵CCD传感器的投影位置，当鱼尾通过扫描截面后，控制器完成整条鱼的轮廓、图像数据采集记录，通过间隔时间、鱼体头部或尾部在垂直线阵CCD传感器的投影位置可计算出鱼体每个截面的速度，综合轮廓、图像、截面速度等数据信息，得到鱼体三维图像信息。当鱼滑落到电子秤槽形盘中后，控制器记录该条鱼的体重信息，根据重量信息，监测整条鱼滑出槽形盘，完成一条鱼的测量。

如图5～7所示，鱼类三维图像扫描装置的控制程序，包括主程序、CCD测量中断程序及称量中断程序，主程序循环执行空操作，等待各中断响应，各中断响应后，执行各中断程序，主程序的工作步骤为：（A）将各中断程序模块进行初始化处理；（B）与电脑建立通讯连接传输数据；(C）故障标志查询；(D）若无故障标志，则循环执行步骤（B）；(E)若有故障标志，则各中断程序模块停止运行；（F）显示错误代码；（G）停机；三维图像扫描中断程序的工作步骤为：（1）检测状态位，状态位包括状态0CCD检测、状态1激光扫描、状态2图像扫描；（2）若为状态0CCD检测，判断有无CCD阴影宽度信号检测，若有CCD阴影宽度信号检测，则请求测量数据内存，若有测量数据内存，则检测整条鱼扫描标志检测，若有整条鱼扫描标志检测，新增一块截面扫描数据内存，记录鱼体头部或尾部在垂直线阵CCD传感器上的投影位置，关闭CCD光源，开启线激光光源，设置状态1标志，然后中断返回，若无整条鱼扫描标志检测，则设置整条鱼扫描标志，然后新增一块截面扫描数据内存，关闭CCD光源，开启线激光光源，记录鱼体前进速度，设置状态1标志，中断返回，若无测量数据内存，则设定故障标志及代码，然后中断返回；若无CCD阴影宽度信号检测，则检测有无整条鱼扫描标志，若有整条鱼扫描标志，则清除整条鱼扫描标志，然后中断返回，若无整条鱼扫描标志，则中断返回；（3）若为状态1激光扫描，a）设置N=1，b）N号线激光扫描组件摄像头激光点位置扫描存储，c）设置N=N+1，d）判断N是否大于线激光扫描组件总数，若N大于线激光扫描组件总数，则关闭线激光光源，开启图像光源，设置状态2标志，中断返回；若N不大于线激光扫描组件总数，则重复步骤b）、c）直至N大于线激光扫描组件总数，然后关闭线激光光源，开启图像光源，设置状态2标志，中断返回；（4）若为状态2图像扫描，1）设置N=1，2）N号线激光扫描组件摄像头激光点图像扫描存储，3）设置N=N+1，4）判断N是否大于线激光扫描组件总数，若N大于线激光扫描组件总数，则关闭图像光源，开启CCD光源，设置状态0标志，中断返回；若N不大于线激光扫描组件总数，则重复步骤2）、3）直至N大于线激光扫描组件总数，然后关闭图像光源，开启CCD光源，设置状态0标志，中断返回；称量中断程序的工作步骤为：（一）检测状态位，状态位包括状态0准备、状态1称量、状态2卸除、状态3回位；（二）若为状态0准备，读取鱼测量开始标志，若有测量开始标志，则电子秤清零，设置状态1标志，然后中断返回；若无测量开始标志，则中断返回；（三）若为状态1称量，读取电子秤称量数据，若有电子秤称量数据，则记录称量数据，设置状态2标志，然后中断返回；若无电子秤称量数据，则中断返回；（四）若为状态2卸除，检测称重是否最大，若是最大，则记录称重数据，设置状态3标志，然后中断返回；若不是最大，则中断返回；（五）若为状态3回位，检测称重数据是否最小，若是最小，则设置整条鱼测量完成标志，设置状态0标志，然后中断返回；若不是最小，则中断返回。

工作过程：要测量的鱼放在料盘上，手工把鱼头朝下送入料口，鱼体依靠自身重量向下通过软性下料筒进入位于三维扫描装置上方的理鱼装置入口，当鱼头朝下进入上理鱼装置入口后，鱼体依靠自身重力下滑，活动压板在弹簧作用下挤压鱼体，以适应体形大小不一的鱼体或一条鱼前后体宽不同等特征，同时固定活鱼挣扎跳动，使鱼体较窄的两个侧面夹在活动压板光滑面与所对应的矩形筒内侧面之间，把鱼体整理为头部朝下、鱼体两个侧面在左右位置，鱼体背部和腹部在前后位置，保持该姿态向下滑行，当鱼体头部前沿通过三维图像扫描装置扫描截面时，触发控制器开始同步周期采集鱼体各截面三维、图像、速度，直到鱼体尾部后沿滑出扫描面，完成鱼体三维图像的扫描，鱼体通过弧形过渡槽时，由下滑过渡为水平惯性运动，当鱼体惯性运动整个滑到电子秤的槽形盘上，控制器读取电子秤数据，得到鱼体体重信息，鱼体依靠惯性滑出槽形盘，完成整条鱼的检测。

实施例2：如图2～4所示，与实施例1不同的是位于三维扫描装置8下方的理鱼装置1的活动压板3下部安装有电子标签读取装置18，电子标签一般都是在鱼体背鳍附近肌肉中，电子标签读取装置18放置在活动压板3下部，便于控制器记录电子标签数据，与该条鱼的测量信息进行融合。

控制器通过控制及数据线与两个线阵CCD传感器和光源、三个激光扫描组件、槽形盘电子秤连接。控制器监控水平线阵CCD传感器信号，一旦监测到有鱼体通过扫描截面，控制器连续周期扫描鱼体轮廓及图像信息，同时实时记录鱼体头部或尾部在垂直线阵CCD传感器的投影位置，当鱼尾通过扫描截面后，控制器完成整条鱼的轮廓、图像数据采集记录，通过间隔时间、鱼体头部或尾部在垂直线阵CCD传感器的投影位置可计算出鱼体每个截面的速度，综合轮廓、图像、截面速度等数据信息，得到鱼体三维图像信息。在鱼体的电子标签接近电子标签读取装置时，控制器记录该条鱼的标签信息。当鱼滑落到电子秤槽形盘中后，控制器记录该条鱼的体重信息，根据重量信息，监测整条鱼滑出槽形盘，完成一条鱼的测量。

如图5～8所示，鱼类自动三维图像扫描装置的控制程序，与实施例1不同在是增加了电子标签读取中断程序，电子标签读取中断程序的工作步骤为：检测状态位，状态位包括状态0准备、状态1就绪、状态2读取；若为状态0准备，判断有无电子标签，若有电子标签，则设置状态1标志，然后中断返回；若无电子标签，则中断返回；若为状态1就绪，读取鱼测量开始标志，若有测量开始标志，则设置状态2标志，然后中断返回；若无测量开始标志，则中断返回；若为状态2读取，检测电子标签信号，若有电子标签信号，则记录电子标签数据，设定电子标签完成标志，然后设置状态0标志，中断返回；若无电子标签信号，则读取该条鱼测量完成标志，若有测量完成标志，则设定电子标签未完成标志，然后设置状态0标志，中断返回，若无测量完成标志，则中断返回。

工作过程：要测量的鱼放在料盘上，手工把鱼头朝下送入料口，鱼体依靠自身重量向下通过软性下料筒进入位于三维扫描装置上方的理鱼装置入口，当鱼头朝下进入上理鱼装置入口后，鱼体依靠自身重力下滑，活动压板在弹簧作用下挤压鱼体，以适应体形大小不一的鱼体或一条鱼前后体宽不同等特征，同时固定活鱼挣扎跳动，使鱼体较窄的两个侧面夹在活动压板光滑面与所对应的矩形筒内侧面之间，把鱼体整理为头部朝下、鱼体两个侧面在左右位置，鱼体背部和腹部在前后位置，保持该姿态向下滑行，当鱼体头部前沿通过三维图像扫描装置扫描截面时，触发控制器开始同步周期采集鱼体各截面三维、图像、速度，直到鱼体尾部后沿滑出扫描面，完成鱼体三维图像的扫描，鱼体通过安装在位于三维扫描装置下方的理鱼装置中的活动压板下部的电子标签读取装置时，控制器读取电子标签数据，鱼体通过弧形过渡槽时，由下滑过渡为水平惯性运动，当鱼体惯性运动整个滑到电子秤的槽形盘上，控制器读取电子秤数据，得到鱼体体重信息，鱼体依靠惯性滑出槽形盘，完成整条鱼的检测。

本实用新型中的线激光扫描组件可以由其他类似的三维扫描组件如白光三维扫描、光栅三维扫描等代替。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围。