CN213399623U - 一种用于植株三维重建的图像序列快速采集装置 - Google Patents
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Abstract
本实用型新型公开了一种用于植株三维重建的图像序列快速采集装置，主要由高通量旋转平台、相机位姿调整装置、金属框架组成。其特征在于：高通量旋转平台通过伺服电机控制多孔旋转载台的旋转，使得植株处在工业CCD视角内，自旋转台进行旋转配合工业CCD采集植株的图像信息，米字齿底座花盆底部米字齿的设计可防止植株发生偏移，十字挡板可防止图像重叠，花伞灯用于补光，步进电机控制丝杠旋转，使得工业CCD在三个维度可调，实现植株图像序列快速采集。本实用型新型通过相机位姿调整装置调整工业CCD的位置，通过高通量旋转平台控制植株位置，从而实现对植株三维重建图像序列的快速采集，具有成本低、高通量、操控性强等特点。
Description
技术领域
本实用新型属于三维图像信息技术领域，特别涉及一种用于植株三维重建的图像序列快速采集装置。
背景技术
对植株进行三维重建以检测植株表型性状是当今农业技术领域研究的热点问题，而对植株图像信息的采集是重建过程中的重要步骤。目前主流的方法，一种是通过激光传感器、红外相机等能够采集植株深度信息的设备进行图像采集，但这类装置往往成本较高、使用不方便，并且采集到的图像信息需要经过一系列的处理，而很难得到直观的预期结果；另一种是通过多视角相机的方法，从不同角度采集植株信息进而进行重建，但往往需要解决采集速度和旋转精度的矛盾。
该领域一直以来认为解决上述问题的关键在于提出更高水平的算法或对相机及旋转装置进行技术上的革新；但至今为止仍未有在保证旋转精度不变的情况下大幅提高采集速度的算法提出，同时对相机和旋转机构的选择和优化上也达到了一定瓶颈。
而以上方法都是从采集设备、转动机构的选择以及算法优化上对采集效率进行提高，但在采集速度的提升同时往往带来精度的下降。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种用于植株三维重建的图像序列快速采集装置，其具有较好的实用性，能同时兼顾图像采集的速度和植株旋转精度。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
一种用于植株三维重建的图像序列快速采集装置，包括金属框架1、高通量旋转平台和相机位姿调整装置，所述金属框架1底部中央设置有水平的铝合金支架12，所述高通量旋转平台包括带有若干自旋转台7的多孔旋转载台13，每个自旋转台7上设置一个用于承载植株的米字齿底座花盆6，多孔旋转载台13通过旋转平台支撑板9、旋转平台支撑柱10及滑动配合件11固定在铝合金支架12上，伺服电机8连接多孔旋转载台13控制其旋转，所述相机位姿调整装置包括安装在相机连接杆14上的工业CCD15，相机连接杆14与XYZ三向的丝杠体系连接，带动工业CCD15在XYZ三个维度上进行调整，进行米字齿底座花盆6中植株图像序列的快速采集。
所述金属框架1由铝合金件通过支架紧固件2和螺钉3组装而成，所述丝杠体系固定在金属框架1的顶部。
所述多孔旋转载台13上的每个孔中设置一个自旋转台7，自旋转台7是具有自旋转功能的载台装置，所述米字齿底座花盆6底部的米字齿与自旋转台7上的凹槽相对应，用于在旋转过程中固定米字齿底座花盆6，防止植株位置发生偏移。
所述自旋转台7包括一个方形底座，方形底座的四周各设有两个螺纹孔，用于旋入螺钉后固定在多孔旋转载台13上相应位置，方形底座下方为中空，其中安装有力矩电机以驱动自旋转台7中间的转轴旋转，转轴顶部安置刻有米字齿凹槽的旋转托盘，用于承载米字齿底座花盆6自旋转。
所述多孔旋转载台13上安装有四个自旋转台7，并安装十字挡板5将各自旋转台7隔开，保证自旋转台7旋转过程中工业CCD15的视角下仅有一株植株。
所述十字挡板5上安装有花伞灯4，用于拍摄过程中的光照补充。
所述相机连接杆14为Z向，所述丝杠体系包括X向、Y向和Z向的三条丝杠18，每条丝杠18通过一个联轴器17和一个步进电机20配合连接，三个在空间位置上两两相互垂直的丝杠保护盒16分别将一条丝杠18、一个联轴器17及一个步进电机20封装，并通过丝杠滑轨连接器19连接，相机连接杆14连接在Z向的丝杠18上。
所述步进电机20为57步进电机。
所述滑动配合件11用于方便高通量旋转平台在纵向维度上的位姿调整。
所述滑动配合件11的截面和铝合金支架12的凹槽截面相对应，使得滑动配合件11能够安装在铝合金支架12上端凹槽处来回滑动，滑动配合件11的顶部有两个小孔和一个螺纹孔，两小孔半径与旋转平台支撑柱10底部圆半径相同，用于固定高通量旋转平台，中央的螺纹孔用于在确定滑动配合件11停止滑动后旋入螺丝钉以固定位置。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：不采用传统转台装置进行多视角图像序列的信息采集，新型的高通量旋转平台结构，在不改变旋转精度的情况下，可以一次性对四棵植株进行图像序列的采集，极大地提高了装置的可操控和图像采集的效率；多孔旋转载台上装有的十字挡板有效地排除了图像采集过程中不同植株间的干扰，同时配合十字挡板上安装的花伞灯提供光照补充，有效地保证了采集到图像的质量；自旋转台上所设有的和花盆底部相对应的凹槽，使得花盆可以稳定地搭载在自旋转台上，解决了以往图像序列采集过程中由于植株旋转不稳定导致的精度缺失问题；相机位姿在三个维度上可调，保证了植株图像的完整性；金属框架的搭建使得装置各部分间能够相互配合调节，大大提高了装置的自协调性和可操控性。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2为高通量旋转平台的结构示意图。
图3为自旋转台的结构示意图。
图4为滑动配合件的结构示意图。
图5为相机位姿调整装置的实现三维可调的示意图。
图6为相机位姿调整装置的丝杠滑轨连接器结构示意图。
图7为相机位姿调整装置的丝杠结构示意图。
图中，1、金属框架，2、支架紧固件，3、螺钉，4、花伞灯，5、十字挡板，6、米字齿底座花盆，7、自旋转台，8、伺服电机，9、旋转平台支撑板，10、旋转平台支撑柱，11、滑动配合件，12、铝合金支架，13、多孔旋转载台，14、相机连接杆，15、工业CCD，16、丝杠保护盒，17、联轴器，18、丝杠，19、丝杠滑轨连接器，20、步进电机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本实用新型的实施方式。
如图1所示，本实用新型一种用于植株三维重建的图像序列快速采集装置，主要包括金属框架1、相机位姿调整装置和高通量旋转平台三部分。
金属框架1由铝合金件通过支架紧固件2和螺钉3组装而成，金属框架1的底部中央设置有水平的铝合金支架12。
参考图2，高通量旋转平台包括带有若干自旋转台7的多孔旋转载台13，每个自旋转台7上设置一个用于承载植株的米字齿底座花盆6，多孔旋转载台13通过旋转平台支撑板9、旋转平台支撑柱10及滑动配合件11固定在铝合金支架12上，伺服电机8连接多孔旋转载台13控制其旋转，使得自旋转台7和米字齿底座花盆6完全处在工业CCD15视角范围内。
其中，多孔旋转载台13上的每个孔中设置一个自旋转台7，自旋转台7是具有自旋转功能的载台装置，用于配合工业CCD15采集植株的多视角图像序列信息，并由多孔旋转载台13搭载，米字齿底座花盆6底部的米字齿与自旋转台7上的凹槽相对应，用于在旋转过程中固定米字齿底座花盆6，防止植株位置发生偏移。
参考图3，自旋转台7包括一个方形底座，方形底座的四周各设有两个螺纹孔，用于旋入螺钉后固定在多孔旋转载台13上相应位置，方形底座下方为中空，其中安装有力矩电机以驱动自旋转台7中间的转轴旋转，转轴顶部安置刻有米字齿凹槽的旋转托盘，用于承载米字齿底座花盆6自旋转。二者的连接方式：自旋转台7方形底座四周与多孔旋转载台上设有相对应的螺纹孔，分别旋入螺丝钉后即可固定自旋转台7。
在本实用新型图1所示的优选实施例中，多孔旋转载台13上安装有四个自旋转台7，并安装十字挡板5将各自旋转台7隔开，保证自旋转台7旋转过程中工业CCD15的视角下仅有一株植株，使工业CCD15在每次对单个植株进行图像序列的采集过程中不会受到其他植株干扰。十字挡板5上安装有花伞灯4，用于拍摄过程中的光照补充，最终完成一次性对多个植株进行准确的图像采集。
伺服电机8安装在多孔旋转载台13下方，控制多孔旋转载台13的旋转，使装置在一个操作流程内完成对四个自旋转台7上植株的图像信息采集，米字齿底座花盆6底部米字齿与自旋转台7上凹槽相对应，用于在旋转过程中固定米字齿底座花盆6防止植株位置发生偏移。
滑动配合件11用于方便高通量旋转平台在纵向维度上的位姿调整。参考图4，滑动配合件11安装在金属框架1底部中央的铝合金支架12上，以方便高通量旋转平台在纵向维度上的位姿调整，其截面和铝合金支架12的凹槽截面相对应，使得滑动配合件11能够安装在铝合金支架12上端凹槽处来回滑动，滑动配合件11的顶部有两个小孔和一个螺纹孔，两小孔半径与旋转平台支撑柱10底部圆半径相同，用于固定高通量旋转平台，中央的螺纹孔用于在确定滑动配合件11停止滑动后旋入螺丝钉以固定位置。
参考图5，相机位姿调整装置包括安装在相机连接杆14上的工业CCD15，工业CCD15固定在植株后方，相机连接杆14与XYZ三向的丝杠体系连接，带动工业CCD15在XYZ三个维度上进行调整，进行米字齿底座花盆6中植株图像序列的快速采集。其中丝杠体系固定在金属框架1的顶部。
参考图6和图7，相机连接杆14为Z向，丝杠体系包括X向、Y向和Z向的三条丝杠18，每条丝杠18通过一个联轴器17和一个步进电机20配合连接，三个在空间位置上两两相互垂直的丝杠保护盒16分别将一条丝杠18、一个联轴器17及一个步进电机20封装，并通过丝杠滑轨连接器19连接，相机连接杆14连接在Z向的丝杠18上。由丝杠18及丝杠滑轨连接器19控制实现CCD15在三个维度位姿的调节，步进电机20控制丝杠18的旋转方向和旋转速度，从而实现工业CCD15移动的自动调节，更好地配合高通量旋转平台进行图像序列的快速采集。
本实用新型中，步进电机20选用57步进电机。
本实用新型的工作原理和使用流程：
该装置用于对盆栽植株进行三维重建的图像采集，对于植株图像信息采集前的标定板图像信息采集、标定运算等操作可以在对本实施办法的修改基础上依附于本装置进行。在进行图像信息采集操作前，须先将所有开关与电源置于关闭状态，由操作人员调节安装在金属框架1底部中央的铝合金支架12上的滑动配合件11，实现对高通量旋转平台在一个维度上的控制。该装置在工作时，首先通过控制伺服电机8工作带动多孔旋转载台13旋转使得位于十字挡板5所分割区域下的一个自旋转台7处在工业CCD15的大致视角内，打开位于十字挡板5顶部的花伞灯4，调节光照至亮度合适，再控制相机位姿调整装置对工业CCD15进行微调使得自旋转台7正上方区域刚好落入工业CCD15的中心视角内。在对植株进行图像信息采集前，需先手动将四个米字齿底座花盆6安装到高通量旋转平台的自旋转台7上，然后再启动自旋转台7进行自旋转，控制其旋转时间和旋转方向，与此同时控制工业CCD15的拍摄时间与自旋转台7进行配合，进而完成对自旋转台7上的米字齿底座花盆6中植株的一组图像序列采集。
对于本领域的普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，在不脱离本实用新型的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于植株三维重建的图像序列快速采集装置，包括金属框架(1)、高通量旋转平台和相机位姿调整装置，其特征在于，所述金属框架(1)底部中央设置有水平的铝合金支架(12)，所述高通量旋转平台包括带有若干自旋转台(7)的多孔旋转载台(13)，每个自旋转台(7)上设置一个用于承载植株的米字齿底座花盆(6)，多孔旋转载台(13)通过旋转平台支撑板(9)、旋转平台支撑柱(10)及滑动配合件(11)固定在铝合金支架(12)上，伺服电机(8)连接多孔旋转载台(13)控制其旋转，所述相机位姿调整装置包括安装在相机连接杆(14)上的工业CCD(15)，相机连接杆(14)与XYZ三向的丝杠体系连接，带动工业CCD(15)在XYZ三个维度上进行调整，进行米字齿底座花盆(6)中植株图像序列的快速采集。
2.根据权利要求1所述用于植株三维重建的图像序列快速采集装置，其特征在于，所述金属框架(1)由铝合金件通过支架紧固件(2)和螺钉(3)组装而成，所述丝杠体系固定在金属框架(1)的顶部。
3.根据权利要求1所述用于植株三维重建的图像序列快速采集装置，其特征在于，所述多孔旋转载台(13)上的每个孔中设置一个自旋转台(7)，自旋转台(7)是具有自旋转功能的载台装置，所述米字齿底座花盆(6)底部的米字齿与自旋转台(7)上的凹槽相对应，用于在旋转过程中固定米字齿底座花盆(6)，防止植株位置发生偏移。
4.根据权利要求1或3所述用于植株三维重建的图像序列快速采集装置，其特征在于，所述自旋转台(7)包括一个方形底座，方形底座的四周各设有两个螺纹孔，用于旋入螺钉后固定在多孔旋转载台(13)上相应位置，方形底座下方为中空，其中安装有力矩电机以驱动自旋转台(7)中间的转轴旋转，转轴顶部安置刻有米字齿凹槽的旋转托盘，用于承载米字齿底座花盆(6)自旋转。
5.根据权利要求1或3所述用于植株三维重建的图像序列快速采集装置，其特征在于，所述多孔旋转载台(13)上安装有四个自旋转台(7)，并安装十字挡板(5)将各自旋转台(7)隔开，保证自旋转台(7)旋转过程中工业CCD(15)的视角下仅有一株植株。
6.根据权利要求5所述用于植株三维重建的图像序列快速采集装置，其特征在于，所述十字挡板(5)上安装有花伞灯(4)，用于拍摄过程中的光照补充。
7.根据权利要求1所述用于植株三维重建的图像序列快速采集装置，其特征在于，所述相机连接杆(14)为Z向，所述丝杠体系包括X向、Y向和Z向的三条丝杠(18)，每条丝杠(18)通过一个联轴器(17)和一个步进电机(20)配合连接，三个在空间位置上两两相互垂直的丝杠保护盒(16)分别将一条丝杠(18)、一个联轴器(17)及一个步进电机(20)封装，并通过丝杠滑轨连接器(19)连接，相机连接杆(14)连接在Z向的丝杠(18)上。
8.根据权利要求7所述用于植株三维重建的图像序列快速采集装置，其特征在于，所述步进电机(20)为57步进电机。
9.根据权利要求1所述用于植株三维重建的图像序列快速采集装置，其特征在于，所述滑动配合件(11)用于方便高通量旋转平台在纵向维度上的位姿调整。
10.根据权利要求1所述用于植株三维重建的图像序列快速采集装置，其特征在于，所述滑动配合件(11)的截面和铝合金支架(12)的凹槽截面相对应，使得滑动配合件(11)能够安装在铝合金支架(12)上端凹槽处来回滑动，滑动配合件(11)的顶部有两个小孔和一个螺纹孔，两小孔半径与旋转平台支撑柱(10)底部圆半径相同，用于固定高通量旋转平台，中央的螺纹孔用于在确定滑动配合件(11)停止滑动后旋入螺丝钉以固定位置。
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