[发明专利]一种基于空间雕刻技术的高通量设施作物三维形态信息测量系统

摘要

本发明公开了一种基于空间雕刻技术的高通量设施作物三维形态信息测量系统，其特征在于，包括成像室，所述成像室采用铝型材构建，为长方体结构，六面封闭，成像室内安装有RGB LED可调光源、视觉传感器、精密旋台、滑轨平台、激光测距传感器、光幕传感器、成像系统控制柜、服务器电脑以及作物三维形态信息测量图像处理软件。

主权项

一种基于空间雕刻技术的高通量设施作物三维形态信息测量系统，其特征在于，包括成像室，所述成像室采用铝型材构建，为长方体结构，六面封闭，成像室内安装有RGB LED可调光源、视觉传感器、精密旋台、滑轨平台、激光测距传感器、光幕传感器、成像系统控制柜、服务器电脑以及作物三维形态信息测量图像处理软件；RGB LED可调光源安装于成像室顶部和两侧(z轴向)，1个视觉传感器安装于成像室顶部，其余6个视觉传感器安装于滑轨平台支架上，成圆形等间距分布，滑轨平台安装于成像室中间两侧(z轴向)，激光测距传感器安装于滑轨平台支架下方，滑轨平台上下两端均安装有限位保护开关，光幕传感器安装于成像室入口两侧(z轴向)，成像室两侧(x轴向)均安装有电动移门，成像系统控制柜安装于成像室侧面(z轴向，外侧)，控制柜中主要包括：空气开关、电源模块、控制器、继电器、步进电机驱动器、信号中继器；作物三维形态测量图像处理软件安装于服务器电脑上，多路视觉传感器通过USB线连接至服务器上，成像室控制器通过RS232线连接至服务器上；所述RGB LED可调光源，采用RGB LED光带安装于长方形无边框铝合金灯箱中，面板采用白色匀光板，光源采用脉冲宽度调制技术，可实现光源强度和色彩调节，为视觉传感器提供均匀的、合适的成像光源；所述视觉传感器，均匀等距安装于圆环支架上，采用多传感器同步触发方式，实现作物多视角同步成像，减少了多视角成像时间，该方案适用于复杂三维形态的作物三维高速重建与信息测量；所述精密旋台，安装于成像室中间位置，采用步进电机驱动方式，作物放置在旋台上，精确控制作物旋转角度，同时捕获多视角作物图像，实现任意数量视角下作物图像捕获；所述滑轨平台，采用步进电机驱动方式，且安装有上下限位保护和激光测距传感器，实现视觉传感器成像高度精确调节，满足作物三维形态周期性测量需求；采用空间雕刻原理实现作物三维重建，在测量系统工作前需要对不同视角下工业相机进行标定，获得相机矩阵；设施作物三维形态测量系统主要工作流程：首先初始化各项参数，主要包括光源参数，角度参数和相机参数，其中光源参数通过PWM调控方式，RGB三通道根据不同的占空比脉冲，形成不同的光源颜色；角度参数为人为设置参数，即采集图像的视角数量，如采集视角间隔为20°，共计18个视角(每个相机采集3个视角图像)，那么旋台在零位处采集图像后，还要旋转2次，每次旋转20°，采集各个视角下作物图像；相机参数为标定的相机矩阵，主要由相机内部参数和外部参参数构成。初始化参数后，启动LED光源，主要包括顶部LED光源和两个侧面光源，调节滑轨步进电机1和电机2，使得工业相机达到预先设置的成像高度，高度测量通过激光测距传感器信号实现，在滑轨支架两端均安装有激光测距传感器，保持圆环支架水平。精密旋台初始化至零位，然后等待作物测量信号，即作物在自动化传送系统上，传送至成像室旁的待检测区时，进行作物三维形态测量。首先打开成像室入口移门，传送系统将待测量作物传送至成像区，然后关闭成像室入口移门，关闭后启动多视角成像流程；首先同步触发工业相机C0～C7，然后旋台步进电机根据旋转间隔，实现旋台角度调节，当到达测量角时，同步触发工业相机C1～C6，根据角度数量，判断是否再次调节旋台角度；当所有测量角图像都采集完成后，服务器根据采集的多视角作物图像，进行二元掩膜识别，然后创建3D立方体网络，根据各个视角下的二元掩膜对立方体进行空间雕刻，将不属于作物区域雕刻掉。当空间雕刻完成后，进行表面颜色恢复处理，实现作物三维点云模型重建；根据作物三维点云模型，计算作物体积、高度、幅宽等三维形态参数，然后显示与存储作物三维形态信息参数。测量完毕后，打开成像室出口移门，传送系统将作物传送至栽培架上，然后关闭成像室出口移门，并等待下一个待测量作物的信号。