CN110307783B - 一种基于双目立体视觉的树木体积测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双目立体视觉的树木体积测量装置，其技术方案要点是包括有双目立体测量设备和安装架，安装架的下方设有能够用于带动安装架移动的移动设备，移动设备包括有移动架和驱动轮和随动轮以及履带本体，驱动轮转动连接于移动架长度方向的两端，随动轮设有上下两组，两组随动轮均转动连接于移动架上首尾两端的两驱动轮之间，两驱动轮所处的高度位于两组随动轮之间；安装架包括有安装横杆和连接架，双目立体测量设备包括有角度传感器，角度传感器的检测端设有检测齿轮，履带本体上设有检测链条，履带本体在转动过程中能够通过检测链条带动检测齿轮转动使角度传感器感受被测角度。该装置能够克服现检测效率低、人员工作量大的缺点。

Description

一种基于双目立体视觉的树木体积测量装置

技术领域

本发明涉及非接触智能测控技术领域，更具体地说，它涉及一种基于双目立体视觉的树木体积测量装置。

背景技术

机器视觉从对三维环境感受、识别以及理解方面完成机器完全模拟人眼睛的各方面的行为。双目视觉是机器视觉的一个核心组成部分是通过两张平面图恢复出三维信息的图像处理方法。不同两点对同一物体进行观察会产生视差，因为视差的存在导致一个点在人眼视网膜上会有不同的投影才能够恢复出目标点的三维立体图像。双目技术采用基于三角测量的方法以视差原理为基础，通过图像组的拍摄恢复物体三维深度信息。

国内外在双目视觉相关课题的研究相当多，涉及各个领域，但在农林领域较少，在树木体积方面可以说没有。然而，树木体积的测量在农林领域具有非常广泛的应用，生活中，人们经常需要测定一些树木的体积，进而估计树木的重量。本申请利用双目立体视觉技术对树木体积信息进行测量试验，利用两个具有一致内参的摄像头基于双目算法详细分析并探索了从一开始对树木的拍摄到双目标定乃至立体匹配与空间坐标恢复整个过程中涉及的核心算法，最终完成对树木体积测量实验，分析得到树木体积，配合掌握的密度信息最终以达到重量测量的目的。因此，本申请具有非常广阔的前景应用，目前，碳汇技术的研究在国内外如火如荼。在对于森林固碳量的测量中，不管是生物量法还是蓄积量法，都需要测量大量树木的数据，包括胸径、树高等来计算平均容量。应用我们的研究技术，就可以完全解放劳动力，省时省力，大力推动碳汇研究。

但现在通过对树木进行检测来获取树木的三维信息的方式，是采取固定三角架的方法，即在不同水平面的不同角度对树木进行拍摄和处理，该方式需要人工搬运三角架以及测量设备在丛林、山地、森林、湿地等环境进行作业，不仅测量效率低，并且工作量大，不利于开展实施。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于双目立体视觉的树木体积测量装置，该装置能够克服现检测效率低、人员工作量大的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种基于双目立体视觉的树木体积测量装置，包括有双目立体测量设备和用于供双目立体测量设备安装的安装架，所述安装架的下方设置有能够用于带动安装架移动的移动设备，所述移动设备包括有设置在安装架下方的移动架、和转动连接在移动架上的驱动轮和随动轮、以及转动连接在驱动轮和随动轮上的履带本体，所述驱动轮转动连接于移动架长度方向的两端，所述随动轮设置有上下两组，并且每组随动轮均设置有多个，两组随动轮均转动连接于移动架上首尾两端的两驱动轮之间，两驱动轮所处的高度位于两组随动轮之间，位于下方的一组随动轮用于实现位于下方的履带本体能够与地面接触；

所述安装架包括有用于供双目立体测量设备安置的安装横杆、和连接于安装横杆与移动架之间的连接架，所述双目立体测量设备包括有能够用于检测双目立体测量设备移动距离的角度传感器，所述角度传感器的检测端设置有检测齿轮，所述履带本体上设置有能够与履带本体同步转动的检测链条，所述检测齿轮与检测链条啮合设置，履带本体在转动过程中能够通过检测链条带动检测齿轮转动使角度传感器感受被测角度。

本发明进一步设置为：所述履带本体包括有若干履带板和铰接于相邻两履带板之间的履带轴，所述履带板上向外凸设有能够插入地面的钉齿，所述钉齿包括有间隔设置在相邻履带板上的长齿和短齿。

本发明进一步设置为：所述履带本体还包括有与履带板分体设置的钉板，所述钉齿与钉板成一体结构设置，所述钉板位于履带板的端部，所述钉板上开设有用于供履带轴铰接的铰接孔。

本发明进一步设置为：所述履带板上向外凸设有能够增加与地面摩擦力的弹性摩擦垫，所述弹性摩擦垫凸出于履带板上的高度小于钉齿凸出于履带板上的高度，所述弹性摩擦垫沿履带板的长度方向延伸设置。

本发明进一步设置为：所述履带板上凸设有用于供弹性摩擦垫安装的安装沿，所述安装沿设置有两个，并且两个安装沿沿履带板的长度方向平行设置，两安装沿之间留有供弹性摩擦垫嵌入的安装槽，所述弹性摩擦垫沿其长度方向的横截面成T字形结构设置，所述弹性摩擦垫包括有能够嵌入安装槽内的安装垫和能够遮盖住两侧安装沿的抵接垫。

本发明进一步设置为：所述双目立体测量设备包括有转动连接在安装横杆上的双目立体视觉摄像机，所述角度传感器固定安装在安装架上，所述安装横杆上转动连接有用于供双目立体视觉摄像机安装的重心摆架，所述检测链条位于履带本体宽度一侧，所述重心摆架位于检测链条远离履带本体的一侧，所述双目立体视觉摄像机固定安装在重心摆架的上端，所述重心摆架的下端设置有用于带动重心摆架始终保持垂直的重垂块，所述安装横杆与重心摆架的中部靠近双目立体视觉摄像机一端转动连接。

综上所述，本发明具有以下有益效果：上述测量装置能够通过移动设备实现带动双目立体测量设备移动的作用，无需人工搬运各类设备在丛林、山地、森林、湿地等环境进行作业，大大提高了测量效率，并且有效减轻了测绘人员的工作量；此外，由于双目立体测量设备需要在不同位置对测量目标进行拍摄，从而能够获取立体图像，因此角度传感器的设置能够用于准确计算双目立体测量设备在不同距离测量目标时的移动距离，从而有利于减少测量装置的测量误差。

附图说明

图1为树木体积测量装置的结构示意图；

图2为钉板的结构示意图；

图3为履带板的结构示意图；

图4为双目立体视觉摄像机的安装结构示意图。

附图标记：1、双目立体测量设备；11、角度传感器；111、检测齿轮；12、双目立体视觉摄像机；2、安装架；21、安装横杆；22、连接架；23、重心摆架；24、重垂块；3、移动设备；31、移动架；32、驱动轮；33、随动轮；34、履带本体；341、履带板；3411、安装沿；3412、安装槽；342、履带轴；343、钉板；3431、铰接孔；344、钉齿；3441、长齿；3442、短齿；35、检测链条；36、弹性摩擦垫；361、安装垫；362、抵接垫。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

参照图1-4所示，一种基于双目立体视觉的树木体积测量装置，包括有双目立体测量设备1和用于供双目立体测量设备1安装的安装架2，其中双目立体测量设备1为公知技术，可采用通常设计，该视觉测量属于一种非接触式测量,它是基于激光三角法测量原理。激光器发出的光线经柱状透镜单方向扩展后变成一光条,投射在被测物体表面,由于物体表面曲度或深度的变化,使光条变形,由摄像机摄取此变形光条的图像,这样就可以由激光束的发射角和激光束在摄像机内成像位置,通过三角几何关系获得被测点的距离或位置等数据。与人类使用双眼观察物体的远近类似,双目视觉测量传感器是通过2个摄像机同时摄取一个光条的图像,再通过两幅图像的匹配,得到光条上所有像素点分别在两幅图像中的位置,利用视差,即可计算该点的位置以及深度信息的。如果配合扫描机构得到的扫描线某一坐标值,可得到被扫描物体所有的轮廓信息(即三维坐标点)。

为实现上述双目立体测量设备1的移动，安装架2的下方设置有能够用于带动安装架2移动的移动设备3，移动设备3包括有设置在安装架2下方的移动架31、和转动连接在移动架31上的驱动轮32和随动轮33、以及转动连接在驱动轮32和随动轮33上的履带本体34，驱动轮32转动连接于移动架31长度方向的两端，随动轮33设置有上下两组，并且每组随动轮33均设置有多个，两组随动轮33均转动连接于移动架31上首尾两端的两驱动轮32之间，两驱动轮32所处的高度位于两组随动轮33之间，位于下方的一组随动轮33用于实现位于下方的履带本体34能够与地面接触；上述履带式的移动设备3通过性更强，能够适用于各类地形环境，有利于提高测量装置的移动稳定程度，而驱动轮32与下方一组的随动轮33夹角设置，令履带本体34在测量装置的前后方均成开口设置，有利于进一步提高移动设备3的通过性，使移动设备3能够轻易实现爬坡、跨越障碍等功能。

安装架2包括有用于供双目立体测量设备1安置的安装横杆21、和连接于安装横杆21与移动架31之间的连接架22，双目立体测量设备1包括有能够用于检测双目立体测量设备1移动距离的角度传感器11，角度传感器11的检测端设置有检测齿轮111，履带本体34上设置有能够与履带本体34同步转动的检测链条35，检测齿轮111与检测链条35啮合设置，履带本体34在转动过程中能够通过检测链条35带动检测齿轮111转动使角度传感器11感受被测角度。该角度传感器11为公知技术，可采用通常设计，优选磁敏感角度传感器11，该磁敏感角度传感器11能够采用高性能集成磁敏感元件，利用磁信号感应非接触的特点，配合微处理器进行智能化信号处理制成的新一代角度传感器11。其特点有：无触点、高灵敏度、接近无限转动寿命、无噪声、高重复性、高频响应特性好，特别是它具有非接触位置检测功能，是满足苛刻环境应用需求的理想选择。

上述测量装置能够通过移动设备3实现带动双目立体测量设备1移动的作用，无需人工搬运各类设备在丛林、山地、森林、湿地等环境进行作业，大大提高了测量效率，并且有效减轻了测绘人员的工作量；此外，由于双目立体测量设备1需要在不同位置对测量目标进行拍摄，从而能够获取立体图像，因此角度传感器11的设置能够用于准确计算双目立体测量设备1在不同距离测量目标时的移动距离，从而有利于减少测量装置的测量误差。

履带本体34包括有若干履带板341和铰接于相邻两履带板341之间的履带轴342，履带板341上向外凸设有能够插入地面的钉齿344，钉齿344包括有间隔设置在相邻履带板341上的长齿3441和短齿3442。钉齿344的设置能够通过履带本体34在运行过程中插入地面，起到避免履带本体34出现打滑现象，从而有效增强了履带本体34的抓地性，进而有利于提高移动设备3的稳定程度。此外，该钉齿344的设置能够令履带本体34在运行过程中始终保持前进状态，避免其产生打滑，同时也能够确保与其同步运行的检测链条35保持稳定状态，从而有利于提高角度传感器11的检测准确程度，进而有利于减少测量装置的测量误差。

履带本体34还包括有与履带板341分体设置的钉板343，钉齿344与钉板343成一体结构设置，钉板343位于履带板341的端部，钉板343上开设有用于供履带轴342铰接的铰接孔3431。履带本体34与钉板343分体设置，便于钉齿344在磨损后能够通过更换该钉板343来延长其余配件的使用寿命，而将钉板343设置在履带板341的两端，也就是履带本体34的两侧，能够有效提高移动设备3的移动稳定程度，有效避免打滑。

履带板341上向外凸设有能够增加与地面摩擦力的弹性摩擦垫36，弹性摩擦垫36凸出于履带板341上的高度小于钉齿344凸出于履带板341上的高度，弹性摩擦垫36沿履带板341的长度方向延伸设置。该弹性摩擦垫36可选用由橡胶制成，并且位于履带板341两端的钉板343之间，起到增强履带板341与地面摩擦力的作用，令履带本体34在运行过程中始终保持前进状态，避免其产生打滑，同时也能够确保与其同步运行的检测链条35保持稳定状态，从而有利于提高角度传感器11的检测准确程度，进而有利于减少测量装置的测量误差。

履带板341上凸设有用于供弹性摩擦垫36安装的安装沿3411，安装沿3411设置有两个，并且两个安装沿3411沿履带板341的长度方向平行设置，两安装沿3411之间留有供弹性摩擦垫36嵌入的安装槽3412，弹性摩擦垫36沿其长度方向的横截面成T字形结构设置，弹性摩擦垫36包括有能够嵌入安装槽3412内的安装垫361和能够遮盖住两侧安装沿3411的抵接垫362。弹性摩擦垫36与履带板341的安装方式可通过螺钉穿过两安装沿3411将安装垫361固定在安装槽3412内，也可通过螺钉沿弹性摩擦垫36厚度方向将其穿过与履带板341连接。而安装沿3411不仅能够用于供弹性摩擦垫36实现限位安装，有效提高了弹性摩擦垫36的安装牢固程度，还能够在弹性摩擦垫36受到挤压时通过安装沿3411对其产生刚性支撑，有利于延长弹性摩擦垫36的使用寿命。

双目立体测量设备1包括有转动连接在安装横杆21上的双目立体视觉摄像机12，角度传感器11固定安装在安装架2上，安装横杆21上转动连接有用于供双目立体视觉摄像机12安装的重心摆架23，检测链条35位于履带本体34宽度一侧，重心摆架23位于检测链条35远离履带本体34的一侧，双目立体视觉摄像机12固定安装在重心摆架23的上端，重心摆架23的下端设置有用于带动重心摆架23始终保持垂直的重垂块24，安装横杆21与重心摆架23的中部靠近双目立体视觉摄像机12一端转动连接。角度传感器11固定安装在安装架2上，能够有利于提高角度传感器11的测量精度，而将双目立体视觉摄像机12安装在重心摆架23上，该重心摆架23能够在重垂块24的作用下始终保持与水平面垂直的状态，从而能够使双目立体视觉摄像机12的检测方向始终朝向设定方向，便于测量设备的测量作业。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于双目立体视觉的树木体积测量装置，包括有双目立体测量设备(1)和用于供双目立体测量设备(1)安装的安装架(2)，其特征是：所述安装架(2)的下方设置有能够用于带动安装架(2)移动的移动设备(3)，所述移动设备(3)包括有设置在安装架(2)下方的移动架(31)、和转动连接在移动架(31)上的驱动轮(32)和随动轮(33)、以及转动连接在驱动轮(32)和随动轮(33)上的履带本体(34)，所述驱动轮(32)转动连接于移动架(31)长度方向的两端，所述随动轮(33)设置有上下两组，并且每组随动轮(33)均设置有多个，两组随动轮(33)均转动连接于移动架(31)上首尾两端的两驱动轮(32)之间，两驱动轮(32)所处的高度位于两组随动轮(33)之间，位于下方的一组随动轮(33)用于实现位于下方的履带本体(34)能够与地面接触；

所述安装架(2)包括有用于供双目立体测量设备(1)安置的安装横杆(21)、和连接于安装横杆(21)与移动架(31)之间的连接架(22)，所述双目立体测量设备(1)包括有能够用于检测双目立体测量设备(1)移动距离的角度传感器(11)，所述角度传感器(11)的检测端设置有检测齿轮(111)，所述履带本体(34)上设置有能够与履带本体(34)同步转动的检测链条(35)，所述检测齿轮(111)与检测链条(35)啮合设置，履带本体(34)在转动过程中能够通过检测链条(35)带动检测齿轮(111)转动使角度传感器(11)感受被测角度；

所述双目立体测量设备(1)包括有转动连接在安装横杆(21)上的双目立体视觉摄像机(12)，所述角度传感器(11)固定安装在安装架(2)上，所述安装横杆(21)上转动连接有用于供双目立体视觉摄像机(12)安装的重心摆架(23)，所述检测链条(35)位于履带本体(34)宽度一侧，所述重心摆架(23)位于检测链条(35)远离履带本体(34)的一侧，所述双目立体视觉摄像机(12)固定安装在重心摆架(23)的上端，所述重心摆架(23)的下端设置有用于带动重心摆架(23)始终保持垂直的重垂块(24)，所述安装横杆(21)与重心摆架(23)的中部靠近双目立体视觉摄像机(12)一端转动连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于双目立体视觉的树木体积测量装置，其特征是：所述履带本体(34)包括有若干履带板(341)和铰接于相邻两履带板(341)之间的履带轴(342)，所述履带板(341)上向外凸设有能够插入地面的钉齿(344)，所述钉齿(344)包括有间隔设置在相邻履带板(341)上的长齿(3441)和短齿(3442)。

3.根据权利要求2所述的一种基于双目立体视觉的树木体积测量装置，其特征是：所述履带本体(34)还包括有与履带板(341)分体设置的钉板(343)，所述钉齿(344)与钉板(343)成一体结构设置，所述钉板(343)位于履带板(341)的端部，所述钉板(343)上开设有用于供履带轴(342)铰接的铰接孔(3431)。

4.根据权利要求2或3所述的一种基于双目立体视觉的树木体积测量装置，其特征是：所述履带板(341)上向外凸设有能够增加与地面摩擦力的弹性摩擦垫(36)，所述弹性摩擦垫(36)凸出于履带板(341)上的高度小于钉齿(344)凸出于履带板(341)上的高度，所述弹性摩擦垫(36)沿履带板(341)的长度方向延伸设置。

5.根据权利要求4所述的一种基于双目立体视觉的树木体积测量装置，其特征是：所述履带板(341)上凸设有用于供弹性摩擦垫(36)安装的安装沿(3411)，所述安装沿(3411)设置有两个，并且两个安装沿(3411)沿履带板(341)的长度方向平行设置，两安装沿(3411)之间留有供弹性摩擦垫(36)嵌入的安装槽(3412)，所述弹性摩擦垫(36)沿其长度方向的横截面成T字形结构设置，所述弹性摩擦垫(36)包括有能够嵌入安装槽(3412)内的安装垫(361)和能够遮盖住两侧安装沿(3411)的抵接垫(362)。

Images