一种基于3D点云图像特征的植物叶片含水率监测装置

一种基于3d点云图像特征的植物叶片含水率监测装置
技术领域
1.本实用新型涉及农业信息感知领域，具体为一种基于3d点云图像特征的植物叶片含水率监测装置。


背景技术：

2.植物叶片含水率代表植株的含水情况，对植物生长具有重要意义。目前，基于机器视觉的叶片含水率检测大多集中在二维平面图像，即通过提取图像中叶片颜色特征或叶绿素含量等预估叶片含水率，而二维平面只能反映出叶片表面信息，无法利用计算机视觉精准获得叶片含水率。
3.随着3d点云的普及，利用叶片3d点云的几何特征预估叶片含水率已成为必然趋势。点云的数据特征提取、降噪、配准，以及重构叶片并利用3d点云图像特征表征叶片形态，得到越来越多的关注，并取得了一定的研究成果，但是少有利用3d几何特征研究叶片含水。植物叶片的含水量能够直观地反映出植物的生长情况，及时准确的获得植物叶片含水率，对植物植株生长和果实的成熟都有非常重要的意义，而传统的叶片含水率检测方法具有破坏性大耗时长等缺点。为了解决上述问题，从而提出了一种基于3d点云图像特征的植物叶片含水率监测装置。


技术实现要素：

4.本实用新型提出一种基于3d点云图像特征的植物叶片含水率监测装置，以解决上述背景技术中的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种基于3d点云图像特征的植物叶片含水率监测装置，包括监测装置；
7.所述监测装置的正中间分隔设置有隔板，其中隔板用于监测装置两侧分隔，所述隔板的两侧均匀固定有多处垂直滑轨，其中垂直滑轨用于垂直滑座的引导，所述垂直滑轨上滑动配合有垂直滑座，其中垂直滑座用于相机定位座在垂直方向上的调节，所述垂直滑座的上方贯通啮合有第一紧固顶丝，其中第一紧固顶丝用于垂直滑座的紧定，所述垂直滑座的下方水平固定有水平滑轨，其中水平滑轨用于水平滑座的引导，所述水平滑轨上滑动配合有水平滑座，其中水平滑座用于相机定位座在水平方向上的调节，所述水平滑座的上方啮合连接有第二紧固顶丝，其中第二紧固顶丝用于水平滑座的紧定，所述水平滑座的下方固定有相机定位座，其中相机定位座用于双面摄像仪的定位，所述相机定位座的两侧对接啮合连接有第一调节丝杆，其中第一调节丝杆用于夹板的位置，调节所述第一调节丝杆的端头处固定有夹板，其中夹板用于双目摄像仪的夹持固定；
8.所述隔板的两侧均匀固定有多处植物定位座，其中植物定位座用于植物盆栽的定位，所述植物定位座的四周均匀啮合连接有第二调节丝杆，其中第二调节丝杆用于调节夹头的位置，所述第二调节丝杆的端头处固定有夹头，其中夹头用于植物盆栽的夹持固定。
9.优选的，所述植物定位座的数量等于相机定位座的数量，所述植物定位座的所在
位置与相机定位座的所在位置一一相对应，可同时监测多组植物叶片。
10.优选的，所述垂直滑座可以沿垂直滑轨的方向滑动，在第一紧固顶丝的作用下可将垂直滑座紧定，从而便于调整相机定位座在垂直方向上的位置。
11.优选的，所述水平滑座可以沿水平滑轨的方向滑动，在第二紧固顶丝的作用下可将水平滑座紧定，从而便于调整相机定位座在水平方向上的位置。
12.优选的，所述相机定位座在第一调节丝杆以及夹板的共同作用下可夹持固定有双目摄像仪。双目摄像仪获取下方植物叶片深度图并转换为3d点云图像，然后从3d点云图像中分割出单个植物叶片；对植物叶片点云图平面拟合得到拟合平面的法向与水平面的夹角a，对植物叶片点云图球面拟合得到球半径r；建立用于计算植物叶片含水率的多元线性回归模型，将a和r输入至多元线性回归模型，输出植物叶片含水率。
13.优选的，所述夹板的表面进行防滑处理，能有效增加夹板与双面摄像仪之间摩擦力。
14.优选的，所述植物定位座的内部在第二调节丝杆以及夹头的共同作用下可夹持固定有植物盆栽，可夹持固定不同大小的植物盆栽。
15.优选的，所述夹头的表面为圆弧面，表面为圆弧面的夹头更易于其与弧面的植物盆栽相贴合。
16.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
17.本实用新型主要运用基于3d点云图像特征来监测植物叶片的含水率，可同时监测多组植物叶片，其拍摄植物叶片的双目相机可灵活调整其位置，可适应于不同类型的植物，其操作简单，应用灵活性高。
附图说明
18.图1为本实用新型的俯视结构示意图；
19.图2为图1中a处的局部放大图；
20.图3为图1中b处的局部放大图。
21.图中：1、监测装置；2、隔板；3、垂直滑轨；4、垂直滑座；5、第一紧固顶丝；6、水平滑轨；7、水平滑座；8、第二紧固顶丝；9、相机定位座；10、第一调节丝杆；11、夹板；12、植物定位座；13、第二调节丝杆；14、夹头。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：
24.一种基于3d点云图像特征的植物叶片含水率监测装置，包括监测装置1；
25.所述监测装置1的正中间分隔设置有隔板2，其中隔板2用于监测装置1两侧分隔，所述隔板2的两侧均匀固定有多处垂直滑轨3，其中垂直滑轨3用于垂直滑座4的引导，所述垂直滑轨3上滑动配合有垂直滑座4，其中垂直滑座4用于相机定位座9在垂直方向上的调
节，所述垂直滑座4的上方贯通啮合有第一紧固顶丝5，其中第一紧固顶丝5用于垂直滑座4的紧定，所述垂直滑座4的下方水平固定有水平滑轨6，其中水平滑轨6用于水平滑座7的引导，所述水平滑轨6上滑动配合有水平滑座7，其中水平滑座7用于相机定位座9在水平方向上的调节，所述水平滑座7的上方啮合连接有第二紧固顶丝8，其中第二紧固顶丝8用于水平滑座7的紧定，所述水平滑座7的下方固定有相机定位座9，其中相机定位座9用于双面摄像仪的定位，所述相机定位座9的两侧对接啮合连接有第一调节丝杆10，其中第一调节丝杆10用于夹板11的位置，调节所述第一调节丝杆10的端头处固定有夹板11，其中夹板11用于双目摄像仪的夹持固定；
26.所述隔板2的两侧均匀固定有多处植物定位座12，其中植物定位座12用于植物盆栽的定位，所述植物定位座12的四周均匀啮合连接有第二调节丝杆13，其中第二调节丝杆13用于调节夹头14的位置，所述第二调节丝杆13的端头处固定有夹头14，其中夹头14用于植物盆栽的夹持固定。
27.进一步的，所述植物定位座12的数量等于相机定位座9的数量，所述植物定位座12的所在位置与相机定位座9的所在位置一一相对应，可同时监测多组植物叶片。
28.进一步的，所述垂直滑座4可以沿垂直滑轨3的方向滑动，在第一紧固顶丝5的作用下可将垂直滑座4紧定，从而便于调整相机定位座9在垂直方向上的位置。
29.进一步的，所述水平滑座7可以沿水平滑轨6的方向滑动，在第二紧固顶丝8的作用下可将水平滑座7紧定，从而便于调整相机定位座9在水平方向上的位置。
30.进一步的，所述相机定位座9在第一调节丝杆10以及夹板11的共同作用下可夹持固定有双目摄像仪。双目摄像仪获取下方植物叶片深度图并转换为3d点云图像，然后从3d点云图像中分割出单个植物叶片；对植物叶片点云图平面拟合得到拟合平面的法向与水平面的夹角a，对植物叶片点云图球面拟合得到球半径r；建立用于计算植物叶片含水率的多元线性回归模型，将a和r输入至多元线性回归模型，输出植物叶片含水率。
31.进一步的，所述夹板11的表面进行防滑处理，能有效增加夹板11与双面摄像仪之间摩擦力。
32.进一步的，所述植物定位座12的内部在第二调节丝杆13以及夹头14的共同作用下可夹持固定有植物盆栽，可夹持固定不同大小的植物盆栽。
33.进一步的，所述夹头14的表面为圆弧面，表面为圆弧面的夹头14更易于其与弧面的植物盆栽相贴合。
34.本实用新型的工作原理：
35.首先，分别调节双目摄像仪与植物将植物盆栽的位置。
36.植物定位座内，在第二调节丝杆13以及夹头14的共同作用下可夹持固定有植物盆栽；再将双目摄像仪置于相机定位座9下方，在第一调节丝杆10以及夹板11的共同作用下可夹持固定有双目摄像仪；然后通过垂直滑座4来调节相机定位座9在垂直方向上的位置，通过水平滑座7来调节相机定位座9在水平方向上的位置，分别紧定后，使得相机定位座9下方双目摄像仪的镜头正对于植物盆栽的植物。
37.然后对植物叶片的含水率进行监测。
38.在监测植物叶片的含水率时，通过双目摄像仪拍摄植物双目图像，将其转化成深度图，再由深度图转换为3d点云，然后采用3d实例分割方法从3d点云中分割出感兴趣的植
物叶片；
39.对分割出的叶片点云利用随机采样一致算法与整体最小二乘法相结合的点云平面拟合方法进行叶片平面拟合，得到叶片拟合平面后，由内积法计算拟合平面法向量，规定法向量朝向为水平面以上，根据法向量大小计算每盆植物分割所有叶片的a；利用代数法对叶片进行球面拟合得到r；
40.根据叶片含水率回归模型y=f(a,r)，将测得的a和r代入该模型预测该叶片的含水率，得到多元回归模型为 ；
41.其中：k1和k2为回归模型中拟合平面的法向与水平面的夹角a和球半径r的系数，b为回归模型截距，y为植物叶片含水率；经过叶片分割、平面拟合和球面拟合得到a和r，带入上式回归模型的到叶片含水率。
42.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。