CN207881648U - 基于二维激光的果树冠层三维点云扫描系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于二维激光的果树冠层三维点云扫描系统，包括水平支架、钢丝、导轨、垂直支架、激光扫描仪安装座和激光扫描仪；水平支架呈矩形框架结构，垂直支架安装在水平支架的中部上，垂直支架分为左右相对称的左半部和右半部，左半部与水平支架的左端、右半部与水平支架的右端均通过钢丝连接；导轨位于左半部和右半部之间，垂直支架能够沿着导轨进行前后运动；激光扫描仪安装座具有L型截面，顶部安装在水平支架中，底部用于安装激光扫描仪，激光扫描仪安装座能够沿着水平支架进行水平运动。本实用新型能够实现二维激光扫描仪对果树冠层的三维点云扫描，降低了扫描的成本，并且提高了扫描的精度。
Description
技术领域
本实用新型属于激光测量技术领域，具体涉及一种基于二维激光的果树冠层三维点云扫描系统。
背景技术
由于病虫害、霜冻等引起的果树重栽，以及受土壤、光照等因素的影响，果树树冠的形状、尺寸会产生差异，果树形态特征与树的生长状况及产量直接相关，果树冠层形态参数测量在农药变量喷施、肥料精准施用和果产预估等领域具有重要的研究意义。采用激光测量技术是获取果树形态特征的一种重要方法，传统的激光测量系统结构复杂，对测量环境要求苛刻，重复性差，不能有效地获得果树冠层三维点云信息。
实用新型内容
本实用新型针对现有技术中的不足，提供一种基于二维激光的果树冠层三维点云扫描系统。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种基于二维激光的果树冠层三维点云扫描系统，其特征在于，包括：水平支架、钢丝、导轨、垂直支架、激光扫描仪安装座和激光扫描仪；所述水平支架呈矩形框架结构，所述垂直支架安装在水平支架的中部上，垂直支架分为左右相对称的左半部和右半部，所述左半部与水平支架的左端、右半部与水平支架的右端均通过钢丝连接；所述导轨位于左半部和右半部之间，垂直支架能够沿着导轨进行前后运动；所述激光扫描仪安装座具有L型截面，激光扫描仪安装座的顶部安装在水平支架中，激光扫描仪安装座的底部用于安装激光扫描仪，激光扫描仪安装座能够沿着水平支架进行水平运动。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
所述水平支架中安装有线性导轨、丝杠、滑块和步进电机一；所述线性导轨沿水平方向安装在水平支架的内侧，所述丝杠从水平支架的右侧穿过并固定在水平支架中，丝杠与线性导轨相平行，丝杠的右侧端部安装有步进电机一，所述步进电机一驱动丝杠的旋转，所述滑块的前端安装在丝杠上，滑块的后端与线性导轨相配合，使得滑块能够随着丝杠的旋转沿线性导轨水平运动，滑块与激光扫描仪安装座的顶部相连。
所述导轨具有工字型截面，左半部的顶部靠导轨侧、右半部的顶部靠导轨侧均安装有滑轮，所述滑轮与导轨相配合，滑轮带动垂直支架沿导轨上运动。
所述滑轮处安装有驱动滑轮滚动的电机，所述电机通过电缆线与控制器相连。
所述激光扫描仪安装座顶部安装有步进电机二，所述步进电机二驱动激光扫描仪安装座的自转。
本实用新型的有益效果是：通过调节二维激光扫描仪的测量位置，能够实现果树冠层的三维点云扫描，获取果树的冠层三维结构形态，降低了扫描的成本，并且提高了扫描的精度。
附图说明
图1是本实用新型系统的主视图。
图2是本实用新型系统的俯视图。
图3是本实用新型系统的侧视图。
图4是本实用新型的工作状态示意图。
图5是本实用新型的工作流程图。
具体实施方式
现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。
如图1所示的基于二维激光的果树冠层三维点云扫描系统，包括：水平支架1、钢丝2、导轨3、垂直支架4、激光扫描仪安装座5和激光扫描仪11。垂直支架4安装在水平支架1的中部上，两者之间采用焊接，垂直支架4分为左右相对称的左半部4-1和右半部4-2，左半部4-1与水平支架1的左端、右半部4-2与水平支架1的右端均通过钢丝2连接，钢丝2起到辅助支撑的作用。导轨3位于左半部4-1和右半部4-2之间，垂直支架4能够沿着导轨3进行前后运动。激光扫描仪安装座5具有L型截面，顶部安装在水平支架1中，底部用于安装激光扫描仪11，激光扫描仪安装座5能够沿着水平支架1进行水平运动。
进一步参见图2，水平支架1呈矩形框架结构，水平支架1中安装有线性导轨12、丝杠13、滑块14和步进电机一15。线性导轨12沿水平方向安装在水平支架1的内侧，丝杠13从水平支架1的右侧穿过并固定在水平支架1中，丝杠13与线性导轨12相平行，丝杠13的右侧端部安装有步进电机一15，步进电机一15驱动丝杠13的旋转，滑块14的前端安装在丝杠13上，滑块14的后端与线性导轨12相配合，使得滑块14能够随着丝杠13的旋转沿线性导轨12水平运动，滑块14与激光扫描仪安装座5的顶部相连，通过滑块14的运动，带动激光扫描仪安装座5的水平运动。
如图3所示，导轨3具有工字型截面，左半部4-1的顶部靠导轨3侧、右半部4-2的顶部靠导轨3侧均安装有滑轮8，滑轮8与导轨3相配合，带动垂直支架4沿导轨3上运动。滑轮8处安装有驱动滑轮8滚动的电机9，电机9通过电缆线7与控制器6相连。激光扫描仪安装座5顶部安装有步进电机二10，步进电机二10驱动激光扫描仪安装座5的自转。
该系统工作时，如图4所示，激光扫描仪11安装在激光扫描仪安装座5上，通过滑块14的运动，使得激光扫描仪11的位置能够在X轴方向进行调节；通过垂直支架4沿着导轨3的运动，使得激光扫描仪11的位置能够在z轴方向进行调节；通过步进电机二10的驱动，能够调节激光扫描仪11的扫描方向。二维激光扫描仪11的扫描范围为-5︒~185︒，其数据输出可在这范围内设置。激光扫描仪11扫描后，根据区域内各个点与扫描仪的相对位置，以极坐标形式返回其十六进制的距离值（Rn,θn）。
如图5所示，激光扫描仪11对区域内各点进行扫描后，进行数据采集，采集的数据包括激光扫描仪11与靶标物之间的距离、激光线与垂直Y轴的角度、两次扫描的间隔时间和激光扫描仪11在Z方向的移动速度值。
将十六进制的距离和角度转换为十进制数据矩阵，并通过坐标变换得到X坐标矩阵和Y坐标矩阵。根据时间和速度值，计算得到Z坐标矩阵。
对X坐标矩阵、Y坐标矩阵和Z坐标矩阵进行消除环境点处理，分别得到靶标物X坐标矩阵、靶标物Y坐标矩阵和靶标物Z坐标矩阵。
基于靶标物X坐标矩阵、靶标物Y坐标矩阵和靶标物Z坐标矩阵，生成点云。通过果树冠层的三维点云数据，能够有效地获知果树冠层的三维结构和形态，为果树属性信息获取提供高精度的数据基础。
需要注意的是，实用新型中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于二维激光的果树冠层三维点云扫描系统，其特征在于，包括：水平支架（1）、钢丝（2）、导轨（3）、垂直支架（4）、激光扫描仪安装座（5）和激光扫描仪（11）；所述水平支架（1）呈矩形框架结构，所述垂直支架（4）安装在水平支架（1）的中部上，垂直支架（4）分为左右相对称的左半部（4-1）和右半部（4-2），所述左半部（4-1）与水平支架（1）的左端、右半部（4-2）与水平支架（1）的右端均通过钢丝（2）连接；所述导轨（3）位于左半部（4-1）和右半部（4-2）之间，垂直支架（4）能够沿着导轨（3）进行前后运动；所述激光扫描仪安装座（5）具有L型截面，激光扫描仪安装座（5）的顶部安装在水平支架（1）中，激光扫描仪安装座（5）的底部用于安装激光扫描仪（11），激光扫描仪安装座（5）能够沿着水平支架（1）进行水平运动。
2.如权利要求1所述的一种基于二维激光的果树冠层三维点云扫描系统，其特征在于：所述水平支架（1）中安装有线性导轨（12）、丝杠（13）、滑块（14）和步进电机一（15）；所述线性导轨（12）沿水平方向安装在水平支架（1）的内侧，所述丝杠（13）从水平支架（1）的右侧穿过并固定在水平支架（1）中，丝杠（13）与线性导轨（12）相平行，丝杠（13）的右侧端部安装有步进电机一（15），所述步进电机一（15）驱动丝杠（13）的旋转，所述滑块（14）的前端安装在丝杠（13）上，滑块（14）的后端与线性导轨（12）相配合，使得滑块（14）能够随着丝杠（13）的旋转沿线性导轨（12）水平运动，滑块（14）与激光扫描仪安装座（5）的顶部相连。
3.如权利要求1所述的一种基于二维激光的果树冠层三维点云扫描系统，其特征在于：所述导轨（3）具有工字型截面，左半部（4-1）的顶部靠导轨（3）侧、右半部（4-2）的顶部靠导轨（3）侧均安装有滑轮（8），所述滑轮（8）与导轨（3）相配合，滑轮（8）带动垂直支架（4）沿导轨（3）上运动。
4.如权利要求3所述的一种基于二维激光的果树冠层三维点云扫描系统，其特征在于：所述滑轮（8）处安装有驱动滑轮（8）滚动的电机（9），所述电机（9）通过电缆线（7）与控制器（6）相连。
5.如权利要求1所述的一种基于二维激光的果树冠层三维点云扫描系统，其特征在于：所述激光扫描仪安装座（5）顶部安装有步进电机二（10），所述步进电机二（10）驱动激光扫描仪安装座（5）的自转。
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