CN106596550A - 一种微小昆虫标本图像采集系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微小昆虫标本图像采集系统，该系统包括昆虫固定架、转台及拍摄设备，转台包括环形的转盘及驱动转盘在水平面内周向转动的转盘驱动机构，拍摄设备固定于所述转盘上，昆虫固定架固定于转盘的中心孔处，转盘驱动机构、拍摄设备均与监控终端控制连接。本发明的微小昆虫标本图像采集系统采用监控终端控制转台转动和相机的自动拍摄，系统完全自动运行，中间过程不需要人工操作，既简化了操作过程，又避免了人工操作带来的误差引起的数据偏差。系统采用单机拍摄，大大降低了拍摄成本。另外，该系统采用将昆虫标本静止固定、相机转动的方式进行图像采集，避免了昆虫标本轻微震动引起的图像位置改变等问题，确保了图像采集的质量。

Description

一种微小昆虫标本图像采集系统

技术领域

本发明属于图像采集领域，具体涉及一种微小昆虫标本图像采集系统。

背景技术

对于昆虫的研究，首先是其外部特征的研究，这不但是昆虫分类的基本条件，也是昆虫形态和习性研究的需要，所以对昆虫外部特征的观察十分必要和重要的。

现在人们一般借助于放大镜、微距照相机、显微镜甚至扫描电镜来观察和记录昆虫的外部特征，采集其特征图像。但是，这些手段取得的昆虫外部特征是静态的独立特征图像，难以构建出多角度的外部特征图像。特别是对于微小昆虫，因为其个体尺寸小，常常达到了毫米级甚至更小，进行外部特征多角度的图像拍摄和采集难度大。随着计算机技术的发展，针对于微小昆虫标本的三维点云构建逐渐成为可能，但在进行三维点云构建和数据重建之前，需要采集大量的基础点云数据以作为三维点云构建的基础。

目前在进行昆虫标本或者其他物体的立体摄影时一般需要选择至少两个拍摄角度拍摄，形成左右照片以获得最佳立体感，从而能够根据标本的立体图形对昆虫进行形态研究。在获取左右照片时，一般通过两台相机摄像，由两台相机各获取一张照片，也可以通过一台相机分别拍摄两个角度的照片。使用两台相的机拍摄方式需要两个相机，设备成本较高；如果采用单机拍摄，虽然成本较低，但是需要移动相机，使得拍摄距离和拍摄位置的调整带来时间成本提高，而且摄像方式也比较复杂。

为实现多角度拍摄，现在一般有两种方式，一种是产品不动改变拍摄角度，其不足是每次改变角度进行拍照时都需要重新调整拍摄的角度和方位，且不易取得同一亮度、颜色的背景，需要对图片进行后期处理，较为麻烦；另一种是拍摄角度不变转动产品，其不足是每次拍摄时都需要重新摆放产品，这样就容易出现把握不好产品摆放位置和角度的问题，且只能实现同一水平面内各角度拍摄；另外，这样的结构还有一个较为突出的问题是在拍摄体型微小昆虫或其他物体时，如果转动产品，微小物体就容易因为震动或转动而出现位置变化的情况，导致拍摄角度变化，给数据处理带来问题。

因此，有必要设计一种能够适应单机拍摄，又简化拍摄操作且拍摄效果较好的拍摄装置。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，而提供一种微小昆虫标本图像采集系统，以解决现有采集系统拍摄成本高、操作复杂及拍摄效果不佳等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种微小昆虫标本图像采集系统，所述系统包括昆虫固定架、转台及拍摄设备，所述转台包括环形的转盘及驱动所述转盘在水平面内周向转动的转盘驱动机构，所述拍摄设备固定于所述转盘上，所述昆虫固定架固定于所述转盘的中心孔处，所述转盘驱动机构、拍摄设备均与监控终端控制连接。

在本发明另一个实施例中，所述拍摄设备通过一个可上下伸缩的伸缩杆设置于所述转盘上，所述伸缩杆的顶端设有安装座，所述拍摄设备设置于所述安装座上；所述昆虫固定架为立杆，所述立杆的顶端用于固定微小昆虫标本。

在本发明另一个实施例中，所述安装座的相对两侧分别设有一个固定件，每个固定件上均穿设有一个与拍摄设备对应位置固连的转轴，且其中一个转轴上连接有驱动该转轴转动的转轴驱动机构，所述转轴驱动机构与所述监控终端控制连接。

在本发明另一个实施例中，所述转轴驱动机构为转轴驱动电机，所述转轴驱动电机通过对应的转轴驱动器与所述监控终端连接，所述转轴驱动电机的输出轴与所述转轴固连。

在本发明另一个实施例中，所述转轴驱动电机为步进电机。

在本发明另一个实施例中，所述转盘驱动机构包括蜗轮蜗杆组件及驱动蜗轮蜗杆组件运动的转盘驱动电机,所述转盘驱动电机通过对应的转盘驱动器与所述监控终端控制连接。

在本发明另一个实施例中，所述转盘驱动电机为步进电机。

在本发明另一个实施例中，所述转盘上设有用于驱动所述伸缩杆径向移动的径向驱动机构。

在本发明另一个实施例中，所述径向驱动机构包括导向组件和径向驱动件，所述导向组件包括直线导轨及沿直线导轨移动并与伸缩杆固连的滑块，所述径向驱动件包括滑块外侧设置的与所述滑块固连的齿条,以及与监控终端控制连接的径向驱动电机，所述径向驱动电机的输出轴上连接有与所述齿条啮合传动的齿轮。

在本发明另一个实施例中，所述拍摄设备为相机；所述监控终端为上位机。

本发明的有益效果是：

本发明的微小昆虫标本图像采集系统采用监控终端控制转台转动和相机的自动拍摄，系统完全自动运行，中间过程不需要人工操作，既简化了操作过程，又避免了人工操作带来的误差引起的数据偏差。系统采用单机拍摄，大大降低了拍摄成本。另外，该系统采用将昆虫标本静止固定、相机转动的方式进行图像采集，避免了昆虫标本轻微震动引起的图像位置改变等问题，确保了图像采集的质量。整个数据采集过程在监控终端控制软件的控制下完成，确保了采集过程完全可控，数据真实可靠，节省人力物力，有良好的经济效益；利用该图像采集系统对微小昆虫标本进行三维点云基础数据的采集，为微小昆虫的多角度形态分析和三维重建提供基础图像数据。

附图说明

图1是本发明微小昆虫标本图像采集系统实施例的结构示意图；

图2是本发明微小昆虫标本图像采集系统中上位机控制软件的控制流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示为本发明微小昆虫标本图像采集系统实施例的结构示意图，由该图可知，该系统包括固定微小昆虫标本的昆虫固定架2、转台及固定于转台上的拍摄设备。本实施例的转台包括环形的转盘1及驱动转盘1在水平面内周向转动的转盘驱动机构，本实施例的拍摄设备优选相机3，该相机固定于转盘1上，随着转盘1一起以昆虫固定架2为中心转动。该昆虫固定架2固定于转盘1的中心孔处，在拍摄过程中始终保持静止不动，不随转盘转动而转动。该转盘驱动机构、相机均与监控终端(图中未示出)控制连接，在监控终端的控制下实现自动连续拍摄。

该系统采用一个由监控终端控制的转盘驱动机构来驱动转盘1转动，从而带动与转盘固连的拍摄设备围绕固定有微小昆虫标本的昆虫固定架2自动转动，以调整相机3在水平面周向上的位置，再由监控终端控制拍摄设备的快门工作，使相机进行自动拍摄以采集图像数据。整个拍摄采集图像的过程全在监控终端的控制下自动完成，节省了大量的人力，同时也简化了操作，既能够适应单机拍摄，又能够达到较好的拍摄效果。另外，该系统在拍摄时是保持微小昆虫标本为中心不动，而转动拍摄设备实现水平面的周向拍摄，避免了在拍摄体型微小的昆虫标本时，昆虫标本因为震动或转动而出现位置变化从而导致拍摄角度变化的问题。

进一步地，本实施例的相机通过一个伸缩杆4固定于转盘1上，伸缩杆的顶端设有一个安装座9，相机3装配在该安装座9上，由于伸缩杆4的高度可调，从而就可以实现相机高度的自由调节；为了使微小昆虫标本的位置与相机相适应，本实施例的昆虫固定架2采用立杆结构，微小昆虫标本固定在立杆的顶端，固定形式可以为胶粘式和插针式两种，当然也可根据不同类别昆虫不同视角拍摄需要进行适应性调整。

本实施例中立杆的顶端距离转盘的上平面高度为30cm，转盘的内直径优选为40cm，外径直径优选为90cm。当相机在水平方向上正对标本拍摄时，相机镜头与昆虫标本的水平距离为15cm时拍摄清晰度较高；当相机斜向下拍摄时，相机镜头与昆虫标本的水平距离为15cm、垂直距离也为15cm时拍摄清晰度较高；在相机斜向上拍摄时，相机镜头与昆虫标本的水平距离为15cm、垂直距离也为15cm时拍摄清晰度较高。

进一步地，如图1所示，在安装座的相对两侧分别设置一个固定件7，两固定件7之间的连线垂直于相机3与昆虫固定架2的连线；每个固定件7上都穿设有一个与其转动装配的转轴5，转轴的另一端分别固连在相机3两侧的对应位置处，该相机3的底部与安装座9之间具有一定的转动间距，其中一个转轴5上连接有一个驱动该转轴转动的转轴驱动机构，该转轴驱动机构与监控终端控制连接。这里安装座采用板式结构，形状不限，既可以是圆板结构，也可以是方形或其他的板式结构。该安装座的尺寸要满足相机加装微距镜头的安装距离的要求。

通过上述机构使相机3在监控终端的控制下，能够在垂直面内上下转动一定角度，在拍摄时，通过调节伸缩杆4使相机3与微小昆虫标本齐平或者保持一定的高度差，当相机位置高于昆虫标本时，可以调节转轴驱动机构向下转动，使相机的拍摄角度斜向下朝向微小昆虫标本，实现了昆虫标本上部结构的拍摄；当相机位置低于微小昆虫标本时，可以调节转轴驱动机构向上转动，使相机的拍摄角度斜向上朝向昆虫标本，实现了微小昆虫标本下部结构的拍摄。

本实施例的转轴驱动机构为通过对应的转轴驱动器与监控终端连接的转轴驱动电机6，该转轴驱动电机6与对应的固定件7固定连接，其输出轴与对应转轴5固连。该转轴驱动电机优选步进电机，能够精确调节上下转动角度，围绕被拍摄的微小昆虫标本进行小角度精确转动。

进一步地，本实施例的转盘驱动机构包括蜗轮蜗杆组件及驱动蜗轮蜗杆组件运动的转盘驱动电机8,转盘驱动电机8通过对应的转盘驱动器与监控终端控制连接。该转盘驱动电机也优选步进电机，精确调节转盘在水平面的转动角度，精度较高，转动过程可精准控制。

另外，为了实现相机与昆虫标本之间的距离可调，本实施例在转盘上设置一个驱动伸缩杆径向移动的径向驱动机构，可以根据拍摄需要和微小昆虫标本的大小调节相机与微小昆虫标本之间的距离，保证能够得到较好的拍摄效果。

优选地，该径向驱动机构包括导向组件和径向驱动件，导向组件包括直线导轨11及沿直线导轨移动并与伸缩杆4固连的滑块10，径向驱动件包括滑块外侧设置的与滑块固连的齿条和径向驱动电机(图中未示出),径向驱动电机的输出轴上连接有与齿条啮合传动的齿轮，且该径向驱动电机通过对应的径向驱动器与监控终端控制连接。监控终端控制径向驱动电机带动啮合的齿轮-齿条运动，驱动与伸缩杆固连的滑块10在直线导轨11上径向移动，从而实现相机与昆虫标本之间距离的调节，在调节时相机离被摄的微小昆虫标本要有足够的距离，以便能够满足取景拍摄的要求。

另外，驱动滑块沿直线导轨移动的径向驱动件也可以采用活塞驱动件，如在滑块的后端设置一个与监控终端控制连接的伸缩缸(气缸/液压缸)，伸缩缸的活塞杆与滑块固连，通过控制活塞杆的伸缩运动来调节滑块在直线导轨上的移动，同样可以实现相机与昆虫标本之间距离的调节。

该系统还包括一个电源模块，电源模块上外置一个与供电电源连接的插头。本实施例的电源模块优选开关电源，能够将220V的交流电转换为直流电，给装置中的用电设备如转盘驱动电机、转轴驱动电机、径向驱动电机等供电，且具有体积较小、重量轻和转换效率高的优点。

本实施例拍摄用的相机选用单反相机，以提高拍摄质量；各电机驱动器具有RS232或其他类似接口，以实现与监控终端的对应连接；监控终端既可以是上位机，也可以是手机、IPAD等移动终端，本实施例的监控终端优选上位机,这里的上位机是指可以直接发出操控命令的监控计算机，具有显示、存储等功能，存储有控制软件以及所采集的图像数据。

进一步地，该系统将上述所有部件安装于一个工作台12上，方便系统的整体移动。

本发明的微小昆虫标本图像采集系统利用转盘驱动电机实现相机的拍摄角度在水平面周向调节，利用转轴驱动电机实现相机的拍摄角度在垂直平面的周向调节，利用径向驱动电机实现相机与昆虫标本之间的径向拍摄距离，从而实现了多角度多方位的拍摄。由于转盘、转轴及径向运动的滑块都由步进电机来驱动，可以通过上位机的控制软件控制各部件进行精确的小角度转动，最小旋转角度可达到0.01°，并且可根据需要驱动步进电机进行正转或反转，不仅实现了相机全方位的自动转动、径向移动，并且由上位机控制图像拍摄，整个过程可完全脱离人工手动操作。

本发明利用上述微小昆虫标本图像采集系统进行图像采集的具体过程如下：

制定采集方案：首先，根据昆虫标本的外部形态特征和用户需求，制定合适的数据采集方案，该方案包括图像采集的数量、转盘1的转动角度、转轴5的转动角度、滑块径向的移动距离，以及昆虫标本的固定形式，除了昆虫标本的固定形式外，将上述采集方案通过由上位机运行的控制软件予以实现，由上位机的控制软件可以控制转盘、转轴进行转动、滑块带动相机径向移动，以及相机进行自动拍摄，实现转盘的连续转动、匀加速匀减速转动、指定角度转动、手动转动，以及相机的连续拍摄、定时拍摄、手动拍摄等多项功能；

检查部件状态：开始数据采集前，检查系统各部件的工作状态，保证其能够正常工作；

固定昆虫标本：将待测的昆虫标本通过合适的方式固定在昆虫固定架上，并调整其状态以保证拍摄角度合适；

采集过程：打开电源，启动上位机控制软件，建立与各驱动电机及相机的通讯连接；根据上位机中预设的控制软件关于拍摄角度的设计要求，控制转盘1、转轴5转动到制定角度，还可以根据拍摄距离的要求通过调节滑块10在直线导轨11上的位置来调节相机3与昆虫标本之间的距离，当转盘1、转轴5及滑块10停止运动后，启动相机3进行图像采集，采集完成后，转盘、转轴继续转动至下一个预设角度，重复进行图像采集，反复循环，直至完成所有上位机控制软件设定的角度，拍摄过程结束；

采集后处理：图像拍摄完成后，上位机控制软件写入操作日志，保存所有采集图像，完成数据采集；再断开电源，摘取昆虫标本，完成采集工作。

如图2所示为上位机控制软件的控制流程图，由该图可知，上位机与图像采集系统的各部件电连接，通过将采集方案的控制软件导入到上位机中由控制软件的运行来控制各部件的运动，首先进行连接测试，确定是否建立连接，连接建立后，实时采集过程如下：

(1)读取采集方案关于转盘/转轴/滑块的角度、距离信息，向转盘/转轴/径向驱动电机的对应驱动器发送指令，控制转盘/转轴转动或滑块的径向移动；

(2)接收各驱动器的反馈信息，判定转盘/转轴/滑块是否完成转动/移动并处于静止状态，如“是”则执行步骤(3)，“否”则循环本步骤操作；

(3)向相机发指令，控制其进行图像采集，接收相机操作完成反馈信号；

(4)判断是否已经执行完所有的采集角度，“是”则写入操作日志，保存所有采集图像，退出程序运行；“否”则返回步骤(2)循环操作。

本发明的微小昆虫标本图像采集系统在拍摄时是保持微小昆虫标本为中心不动，转动拍摄设备围绕被拍摄的微小昆虫标本进行小角度精确转动，在每一个转动角度上进行静止的图像拍摄，从而获得被摄昆虫的多角度图像，用于微小昆虫的研究和外部特征观察，为构建三维点云数据打下良好的基础。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种微小昆虫标本图像采集系统，其特征在于，所述系统包括昆虫固定架、转台及拍摄设备，所述转台包括环形的转盘及驱动所述转盘在水平面内周向转动的转盘驱动机构，所述拍摄设备固定于所述转盘上，所述昆虫固定架固定于所述转盘的中心孔处，所述转盘驱动机构、拍摄设备均与监控终端控制连接。

2.根据权利要求1所述的微小昆虫标本图像采集系统，其特征在于，所述拍摄设备通过一个可上下伸缩的伸缩杆设置于所述转盘上，所述伸缩杆的顶端设有安装座，所述拍摄设备设置于所述安装座上；所述昆虫固定架为立杆，所述立杆的顶端用于固定微小昆虫标本。

3.根据权利要求2所述的微小昆虫标本图像采集系统，其特征在于，所述安装座的相对两侧分别设有一个固定件，每个固定件上均穿设有一个与拍摄设备对应位置固连的转轴，且其中一个转轴上连接有驱动该转轴转动的转轴驱动机构，所述转轴驱动机构与所述监控终端控制连接。

4.根据权利要求3所述的微小昆虫标本图像采集系统，其特征在于，所述转轴驱动机构为转轴驱动电机，所述转轴驱动电机通过对应的转轴驱动器与所述监控终端连接，所述转轴驱动电机的输出轴与所述转轴固连。

5.根据权利要求4所述的微小昆虫标本图像采集系统，其特征在于，所述转轴驱动电机为步进电机。

6.根据权利要求2～5任意一项所述的微小昆虫标本图像采集系统，其特征在于，所述转盘驱动机构包括蜗轮蜗杆组件及驱动蜗轮蜗杆组件运动的转盘驱动电机,所述转盘驱动电机通过对应的转盘驱动器与所述监控终端控制连接。

7.根据权利要求6所述的微小昆虫标本图像采集系统，其特征在于，所述转盘驱动电机为步进电机。

8.根据权利要求7所述的微小昆虫标本图像采集系统，其特征在于，所述转盘上设有用于驱动所述伸缩杆径向移动的径向驱动机构。

9.根据权利要求8所述的微小昆虫标本图像采集系统，其特征在于，所述径向驱动机构包括导向组件和径向驱动件，所述导向组件包括直线导轨及沿直线导轨移动并与伸缩杆固连的滑块，所述径向驱动件包括滑块外侧设置的与所述滑块固连的齿条,以及与监控终端控制连接的径向驱动电机，所述径向驱动电机的输出轴上连接有与所述齿条啮合传动的齿轮。

10.根据权利要求9所述的微小昆虫标本图像采集系统，其特征在于，所述拍摄设备为相机；所述监控终端为上位机。