[实用新型]面向植物表型的激光扫描与深度成像组合移动式近感系统

说明书

本实用新型公布一种面向植物表型的移动式激光扫描与深度成像近感系统，以移动车作为数据采集平台，至少包括：两个二维激光雷达、安装框架、深度成像传感器、控制单元和便携电源；其中，安装框架固定在移动平台上；在安装框架上安装二维激光雷达和深度成像传感器；便携电源向二维激光雷达和深度成像传感器进行供电；两个二维激光雷达分别安装在安装框架两端设置的与垂直面成固定夹角的倾斜面上，交叉向下扫描获取二维剖面数据；深度成像传感器安装在安装框架的中心；激光雷达和深度成像传感器通过线缆与控制单元连接并受控制单元控制。本实用新型获取的数据可以反映更多的植物下层结构信息，性能更高，成本更低。

技术领域

本实用新型涉及面向植物表型的激光雷达成像技术，尤其涉及一种面向植物表型的激光扫描与深度成像移动式近感系统，能够获取植物三维点云以及红绿蓝(RGB)特征信息。

背景技术

植物表型受基因和环境因素决定和影响，反映植物结构及组成、植物生长发育过程及结果的全部物理、生理、生化特征和性状。植物表型分析的精确实现有助于农作物基因型与育种工作。植物表型分析对高效且低成本的表型获取技术需求强烈。

三维激光雷达因其可以快速、准确获取扫描对象表面三维点云信息，在植物参数定量测量和反演上具有广阔的应用前景。对于小型植物表型信息的获取，地基三维激光雷达一次只能固定的从某一角度范围对植物进行扫描，无法移动、倾斜交叉多方位的对植物进行扫描，这会造成某一方向上叶片之间的遮挡使扫描数据的完整性缺失。车载激光雷达可以在行驶过程中扫描周边地物三维点云，但因体积大和工作环境限制了其无法在植物表型研究中发挥太大作用。深度图像每个像素记录了场景中物体到采景器的距离，可以用于表征可见三维物体表面的几何形状。深度图像经过坐标转换可以计算为点云数据，为植物点云数据获取提供了另一方案。红绿蓝深度图像(RGBD)采集传感器Kinect可用于彩色影像和结构光深度图像采集，其由一个RGB彩色相机、红外线发射器和红外线CMOS摄影机构成。在植物表型参数定量测量和反演应用中，大量的植物表型组学数据的获取需要依托可靠的植物表型平台。但是，现有的植物表型平台技术还难以提供用于植物表型监测、植物架构量化、高精度控制测量。

实用新型内容

为解决地基三维激光雷达和车载三维激光雷达在植物表型获取中灵活性不足、无法同步获取RGB与深度图像、价格昂贵和运行成本高的问题，本实用新型提供了一种面向植物表型的移动式激光扫描与深度成像传感器组合移动式近感系统，用于采集植物三维结构信息，对植物快速表征。

本实用新型将两个二维激光雷达、一个深度成像传感器、四个减速直流电机和控制单元一体化集成为能够获取低矮植物三维点云和深度图像的移动式激光扫描与深度成像近感系统。将两个二维激光扫描仪安装在两个远端的安置于移动平台的固定架的倾斜面上，将它们的扫描剖面设置成一个斜交的方式。系统在单方向匀速运动位移可解算，然后，经过精确的三维坐标求解和点云数据校正，平台的移动可以使得两个远端二维激光雷达扫描的二维扫描剖面转变为扫描对象的三维点云表征。同步获取目标植物的深度图像，分割获取样方叶片区域，计算得到植物叶片区域的植被指数。本实用新型结构紧凑，性能可靠、稳定，可广泛应用于低矮植物的三维彩色点云数据获取。

本实用新型的技术方案如下：

一种面向植物表型的移动式激光扫描与深度成像近感系统，以移动车作为数据采集平台(移动平台)，二维激光雷达与深度传感器安装在框架上，安装框架固定在移动平台上。系统至少包括：两个二维激光雷达、安装框架、深度成像传感器Kinect、控制单元和便携电源；其中，便携电源可通过USB接口向二维激光雷达、深度成像传感器Kinect、直流减速电机进行供电，控制单元可对二维激光雷达进行控制，如操作控制、参数设置和测量数据存储。两个二维激光雷达安装在安装框架的两个远端，均安装在与垂直面成一定固定夹角的倾斜面上，交叉向下扫描获取二维剖面数据。深度成像传感器Kinect安装在安装框架的中心，竖直向下采集深度图像和RGB图像。激光雷达、Kinect和直流减速电机通过线缆与控制单元连接，接受控制单元控制。