一种用于快速获取植株三维轮廓的装置制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种用于快速获取植株三维轮廓的装置，该装置包括计算机、摄像头、机架、横臂和竖臂；所述机架为三层结构，每层水平设置有用于放置计算机的薄板，机架底部设置有滚轮，且在机架顶层薄板的中心位置垂直安装竖杆；所述横臂的一端通过连接件与竖杆活动连接；所述横臂的另一端通过组合连接件与竖臂活动连接，所述横臂与所述竖臂上均设置有用于固定摄像头的摄像头托件；所述计算机与摄像头之间通信连接。本实用新型的结构简单、体积小、制作成本较低，省时易操作，能够实现快速获取植株的三维轮廓，具有很好的推广应用价值。
【专利说明】一种用于快速获取植株三维轮廓的装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于农业【技术领域】，具体涉及一种能够在不同环境下快速获取烟草植株三维轮廓，准确描述烟草株型的装置。
【背景技术】
[0002]为定量分析植株的株型，通常需要先获取植株轮廓，传统的轮廓获取方式为过普通的相机拍照，从图像中获取其二维轮廓。二维轮廓能够在一定程度上体现植株的轮廓特征，但是由于二维轮廓只是现实世界的二维映射，因此不能完整地体现植株真实的三维轮廓特征，不能精确描述、判断植株株型。
[0003]通过获取植株的三维轮廓，可实现精确描述、判断植株株型。目前主流的植株三维轮廓的获取方式为激光扫描法。由于受到光源类型的限制，激光扫描法不能在自然光环境下应用，只能在特殊光环境条件下使用。同时，由于烟草叶片间相互遮挡较为严重，需要逐叶进行激光扫描，耗时较长且数据量大。此外，激光扫描设备昂贵，且需要较高的实验操作技能，这些因素都限制了激光扫描的应用范围和领域。因此，亟需一种能够在不同环境下(包括大田环境)使用；成本低廉、省时易操作、且结构简单的烟草植株三维轮廓获取装置。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种能够在不同环境下使用，成本低廉、省时易操作、且结构简单的烟草植株三维轮廓获取装置。
[0005]本实用新型的目的是这样实现的，该装置包括计算机、摄像头、机架、横臂和竖臂；所述机架为三层结构，每层水平设置有用于放置计算机的薄板，机架底部设置有滚轮，且在机架顶层薄板的中心位置垂直安装竖杆；所述横臂的一端通过连接件与竖杆活动连接；所述横臂的另一端通过组合连接件与竖臂活动连接，所述横臂与所述竖臂上均设置有用于固定摄像头的摄像头托件；所述计算机与摄像头之间通信连接。
[0006]所述连接件的结构为管壁上设置有吊环螺栓的中空钢管；所述组合连接件由两个连接件相互垂直焊接构成；所述摄像头托件由连接件和垂直焊接在连接件上的卡槽构成。
[0007]本实用新型将计算机、可移动的机架与设置有摄像头的横臂和竖臂结合起来，构成获取植株三维轮廓的装置，本装置适用于自然光环境下的图像获取，测试人员只需将上述部件简单组合，即可对不同环境下的植株进行图像获取，安装调试简单易行，使用范围和领域较多，具有很好的推广使用价值。本实用新型的结构简单、体积小、制作成本较低，省时易操作，能够实现快速获取植株的三维轮廓。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为本实用新型的结构示意图；
[0009]图2为本实用新型的主视示意图；
[0010]图3为本实用新型中连接件的结构示意图；[0011]图4为本实用新型中摄像头托件的结构示意图；
[0012]图中:1为机架、2为薄板、3为滚轮、4为竖杆、5为竖臂、6为横臂、7为连接件、8为摄像头托件、9为组合连接件、10为中空钢管、11为吊环螺栓、12为卡槽。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本实用新型作进一步说明，但不以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型教导所作的任何变换，均落入本实用新型保护范围。
[0014]如图1至图4所示，本实用新型包括计算机、摄像头、机架1、横臂6和竖臂5 ;所述机架I为三层结构，每层水平设置有用于放置计算机的薄板2，其底部设置有滚轮3，且在其顶层薄板的中心位置垂直安装竖杆4 ;所述横臂6的一端通过连接件7与竖杆4活动连接；所述横臂6的另一端通过组合连接件9与竖臂5活动连接，所述横臂6与所述竖臂5上均设置有用于固定摄像头的摄像头托件8 ;所述计算机与摄像头之间通信连接。
[0015]所述连接件7的结构为管壁上设置有吊环螺栓11的中空钢管10，所述中空钢管10的长度为8cm,内径为1.2cm。
[0016]所述连接件7垂直焊接在横臂6的一端，即将中空钢管10的管壁与横臂6的一端焊接固定。
[0017]所述组合连接件9由两个连接件7相互垂直焊接构成。
[0018]所述摄像头托件8由连接件7和垂直焊接在连接件7上的卡槽12构成，所述卡槽12用于卡装摄像头。
[0019]所述竖杆4、横臂6和竖臂5的直径均为1cm，小于中空钢管10的内径，确保中空钢管10能够在所述竖杆4、横臂6和竖臂5上灵活移动。
[0020]所述计算机为笔记本电脑，所述计算机与摄像头之间通过USB数据线连接，为方便的获取较为全面的图像，上述摄像头均选用广角100度的USB摄像头。
[0021]所述横臂6上设置有I个用于固定摄像头的摄像头托件8，所述竖臂5上设置有6个用于固定摄像头的摄像头托件8 ;实际工作中，可根据现场情况，调整设置在横臂6和竖臂5上的摄像头个数。
[0022]所述滚轮3上设置有刹车变向装置，使得机架I既能够直行运动，也能改变方向运动，使用灵活。
[0023]本实用新型的工作原理及工作过程:
[0024]本实用新型将计算机、可移动的机架与设置有摄像头的横臂和竖臂结合起来，构成获取植株三维轮廓的装置，测试人员只需将上述部件简单组合，即可对不同环境下的植株进行图像获取，安装调试简单易行，具有很好的推广使用价值。
[0025]下面以室内获取烟草植株图像为例，对本实用新型的工作过程进行详细说明。
[0026]首先，在烟草田间实验小区，选取打顶期的同垄相邻的两株具有代表性的烟株，测量记录其相对位置以及垄宽、垄高及垄沟宽等数据。挖取烟株，带土移入花盆中并移至室内，适量浇水使其恢复原貌，同时根据之前记录下的数据，恢复两株烟株间的相对位置。
[0027]其次，安装获取植株三维轮廓的装置，将摄像头均连接至笔记本电脑，开启笔记本并启动摄像头驱动程序，进行图像保存前的预览。根据田间实际测量数据，将获取植株轮廓的装置安置于烟株群体一侧(相当于垄沟)。根据预览图像，松紧连接横臂与竖杆的连接件上的吊环螺栓调整横臂高度，以及调整设置于横臂上摄像头托件的吊环螺栓，调整摄像头的水平位置，使其位于烟株群体的中央正上方位置；同时，调整设置在竖臂上的摄像头托件的吊环螺栓，调整摄像头之间的位置，确保实现各个摄像头成像画面相互间有部分重叠并能覆盖群体一侧的全貌。调整完毕后，打开摄像头驱动程序，获取烟株图像并实时保存，同时立即推动机架从烟株群体的一端以较快速度进行匀速直线运动，到达另一端时迅速关闭摄像头驱动程序。在烟株群体的另一侧，重复上述过程，从而得到整个群体全面的图像集，上述图像集的获取过程需保持烟株群体静止。
[0028]利用现有技术中发展较为成熟的开源非商业软件CMVS和上述获取的图像集得到点云，再基于现有的PCL (Point Cloud Library)编程,对上述点云进行除噪、分割处理、最后利用分割的点云得到烟株各叶片云的三维轮廓，将各叶片的点云相加，得到整株烟草的
三维轮廓。
[0029]上述实施例中使用的机架的长宽高分别为100cm、30cm、130cm ;竖杆长50cm，直径为Icm ;横臂长为150cm,直径为Icm ;竖臂长为170cm,直径为Icm ;连接件的空心钢管长为8cm,内径为1.2cm ;以上各部件均采用不锈钢制作，使用寿命较长，且各部件的尺寸可以根据待测植株田间状况和摄像头大小确定，同时上述点云获取和三维轮廓获取部分基于成熟的开源非商业软件，实现较为容易，可以根据需要，对上述装置进行简单的调整和改造，即可用于获取其它作物植株的三维轮廓。
[0030]本实用新型提供的获取植株三维轮廓的装置能够在自然光环境下应用，不仅适用于室内获取，也适用于大田环境图形获取，其安装操作简便，能够快速获取植株的三维轮廓，扩大了其使用的范围和领域。
【权利要求】
1.一种用于快速获取植株三维轮廓的装置，其特征在于，包括计算机、摄像头、机架(I)、横臂(6)和竖臂(5);所述机架(I)为三层结构，每层水平设置有用于放置计算机的薄板(2)，其底部设置有滚轮(3)，且在其顶层薄板的中心位置垂直安装竖杆(4);所述横臂(6)的一端通过连接件(7)与竖杆(4)活动连接；所述横臂(6)的另一端通过组合连接件(9)与竖臂(5)活动连接，所述横臂(6)与所述竖臂(5)上均设置有用于固定摄像头的摄像头托件(8);所述计算机与摄像头之间通信连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于快速获取植株三维轮廓的装置，其特征在于，所述连接件(7)的结构为管壁上设置有吊环螺栓(11)的中空钢管(10)。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于快速获取植株三维轮廓的装置，其特征在于，所述连接件(7)垂直焊接在横臂(6)的一端。
4.根据权利要求1或2所述的一种用于快速获取植株三维轮廓的装置，其特征在于，所述组合连接件(9)由两个连接件(7)相互垂直焊接构成。
5.根据权利要求1所述的一种用于快速获取植株三维轮廓的装置，其特征在于，所述摄像头托件(8)由连接件(7)和垂直焊接在连接件(7)上的卡槽(12)构成。
6.根据权利要求1所述的一种用于快速获取植株三维轮廓的装置，其特征在于，所述竖杆(4)、横臂(6)和竖臂(5)的直径均为1cm。
7.根据权利要求2所述的一种用于快速获取植株三维轮廓的装置，其特征在于，所述构成连接件(7)的中空钢管(10)的内径为1.2cm。
8.根据权利要求1所述的一种用于快速获取植株三维轮廓的装置，其特征在于，所述计算机为笔记本电脑，所述计算机与摄像头之间通过USB数据线连接。
9.根据权利要求1所述的一种用于快速获取植株三维轮廓的装置，其特征在于，所述横臂(6)上设置有I个用于固定摄像头的摄像头托件(8)，所述竖臂(5)上设置有6个用于固定摄像头的摄像头托件(8)。
10.根据权利要求1所述的一种用于快速获取植株三维轮廓的装置，其特征在于，所述滚轮(3)上设置有刹车变向装置。
【文档编号】G01B11/24GK203772229SQ201420100367
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年3月6日 优先权日:2014年3月6日
【发明者】杨宇虹, 晋艳, 徐照丽, 劳彩莲, 郭焱, 段玉琪, 邓小鹏, 胡鹏程 申请人:云南省烟草农业科学研究院