CN215339536U - 一种全自动集成多光谱与3d成像装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全自动集成多光谱与3D成像装置，旨在提供一种能满足全场景检测的全自动集成多光谱与3D成像装置。它包括自动导引车，自动导引车的顶部设有旋转云台，旋转云台的顶部设有直线移动导轨，直线移动导轨与旋转云台的中心固定连接，直线移动导轨与旋转云台相互垂直，直线移动导轨上设有视觉系统集成块，视觉系统集成块与直线移动导轨滑动连接，自动导引车的底部设有动力底盘，自动导引车内设有伺服电机和单片机，伺服电机的输出端贯穿自动导引车的顶部与旋转云台的底部中心连接，单片机分别与动力底盘、伺服电机和视觉系统集成块电连接。本实用新型的有益效果是：达到了能满足全场景检测的目的。

Description

一种全自动集成多光谱与3D成像装置

技术领域

本实用新型涉及农业自动化测量和分析相关技术领域，尤其是指一种全自动集成多光谱与3D成像装置。

背景技术

在现代化农业中，视觉检测技术被大规模应用。比如应用多光谱成像技术的遥感测量。一般常用的多光谱或者高光谱检测应用4-9个摄像头，光谱成像范围涵盖紫外、可见光、近红外以及热红外等光谱波段。通过相机分别对不用波段的光线进行分离采集成像，在每个波段形成独立特征的灰度图。再按实际需求对特定波段灰度图进行组合，可以形成包含特定光谱信息的彩色图像。最简单的，对可见光范围内的红绿蓝光谱进行组合，既可以得到人眼熟悉的彩色图像。同理，对不同波段图像组合生成的特殊‘颜色’信息，可以突出物体的某类特征，在植物分析中，类似的手段可以用来检测植物健康状态、营养状态、生长状态以及水肥状态等等。

相应的，3D视觉技术作为一种特殊的成像技术，也逐渐被引入智慧农业领域。3D成像能获取植物的体积和空间形态信息。能监测植物生长速度、形态学健康等，也可以进行精准的空间定位和空间建模，具有传统2D视觉所不具备的优势。但是，两种成像方式各有自己的优缺点。多光谱成像技术着重于采集物体的材质形象，外观特征等等，不能分析物体的绝对空间属性。而3D成像只获取物体的空间属性，不带外观材质等细节内容。因此，最好的方式则是将两种成像进行融合，既能获取植物的外观材质颜色等信息，有能进行三维空间映射与定位。

而且应用视觉检测手段方面，卫星遥感、飞机，无人机或者固定点检测被大量应用。前三者适合开放场景，大规模视觉成像检测。后者则适合分布式定点检测。而对室内智慧大棚来说，同时要满足大规模无遗露式高精度采集，前面几种方式都不具备优势和操作性。无论是对于多光谱成像测量还是对3D视觉，需要高精度定性定量分析的话，都需要进行成像与测量。同时，要满足全场景检测，则需要测量设备具备移动能力，能安全高效并且稳定的重复遍历整个场景。针对这些需求，前面几种广泛应有的监测手段，都不能很好的胜任。

实用新型内容

本实用新型是为了克服现有技术中视觉检测手段无法满足全场景检测的不足，提供了一种能满足全场景检测的全自动集成多光谱与3D成像装置。

为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种全自动集成多光谱与3D成像装置，它包括自动导引车，所述自动导引车的顶部设有旋转云台，所述旋转云台的顶部设有直线移动导轨，所述直线移动导轨与旋转云台的中心固定连接，所述直线移动导轨与旋转云台相互垂直，所述直线移动导轨上设有视觉系统集成块，所述视觉系统集成块与直线移动导轨滑动连接，所述自动导引车的底部设有动力底盘，所述自动导引车内设有伺服电机和单片机，所述伺服电机的输出端贯穿自动导引车的顶部与旋转云台的底部中心连接，所述单片机分别与动力底盘、伺服电机和视觉系统集成块电连接。

所述自动导引车的顶部设有旋转云台，所述旋转云台的顶部设有直线移动导轨，所述直线移动导轨与旋转云台的中心固定连接，所述直线移动导轨与旋转云台相互垂直，所述直线移动导轨上设有视觉系统集成块，所述视觉系统集成块与直线移动导轨滑动连接，所述自动导引车的底部设有动力底盘，所述自动导引车内设有伺服电机和单片机，所述伺服电机的输出端贯穿自动导引车的顶部与旋转云台的底部中心连接，所述单片机分别与动力底盘、伺服电机和视觉系统集成块电连接。视觉系统集成块通过采集数据通过单片机运算分析检测植物健康状态、营养状态、生长状态以及水肥状态等，直线移动导轨搭载视觉系统集成块，拓宽了视觉系统集成块在垂直方向的数据采集范围，同时单片机控制伺服电机带动旋转云台旋转，可实现视觉系统集成块的360度旋转，增加了视觉系统集成块数据采集的角度范围，同时单片机控制动力底盘工作，实现了自动导引车的自动驾驶，而自动导引车作为载具，搭载视觉系统集成块进行全场景巡航，进一步扩展了采集范围，达到了能满足全场景检测的目的。

作为优选，所述直线移动导轨的包括壳体和密封盖，所述壳体的一端与旋转云台密封连接，所述壳体的另一端密封，所述壳体的开口端与密封盖密封连接且构成一个密封腔，所述密封腔内设有丝杆电机和滑座，所述丝杆电机可拆卸安装于旋转云台上，所述丝杆电机上设有螺纹丝杆和两根限位杆，两根限位杆以螺纹丝杆为中心呈左右对称分布，所述螺纹丝杆和两根限位杆均贯穿滑座与壳体的另一端连接，所述视觉系统集成块可拆卸安装于滑座上，所述丝杆电机与单片机电连接。密封腔的密封设计有利于防尘放水，保护密封腔内的电器元件不受损坏，从而能更好地适应各类工作环境；直线移动导轨采用丝杆电机和滑座，具有较高的位置重复精度。

作为优选，所述密封盖上设有两块波纹折叠板和高透光面板，两块波纹折叠板以高透光面板为中心呈上下分布，其中一块波纹折叠板的一端与壳体密封的一端密封连接，且其另一端与高透光面板的一端固定连接，另一块波纹折叠板的一端与高透光面板的另一端固定连接，且其另一端与旋转云台密封连接，所述波纹折叠板的左右两侧与壳体的开口端密封滑动连接，所述高透光面板与视觉系统集成块相对应且与滑座连接。在视觉系统集成块上下滑动过程中，波纹折叠板可随之移动并折叠或展开，同时防尘放水，保障丝杆电机和视觉系统集成块等内部电器元件的机械精度；高透光面板不影响视觉系统集成块补光和采光，有利于视觉系统集成块采集图片数据，同时为视觉系统集成块提供了结构防护。

作为优选，所述视觉系统集成块包括3D相机和多光谱成像相机，所述滑座内设有容纳腔，所述3D相机和多光谱成像相机均可拆卸安装于容纳腔内，所述容纳腔的侧面设有分别与3D相机和多光谱成像相机相对应的装配口，所述容纳腔通过装配口与高透光面板连接，所述3D相机和多光谱成像相机均与单片机电连接。3D相机此处采用常规高精度线激光扫描相机，作为3D成像系统的成像设备，多光谱成像相机采用6通道多光谱相机， 以此来实现高精度的定性定量分析。

作为优选，所述自动导引车上设有视觉传感器，所述视觉传感器可拆卸安装于自动导引车的侧面，所述视觉传感器与单片机电连接。视觉传感器主要用于提供运动导航避障相关的空间数据，并通过单片机控制自动导引车自动避开障碍物，保障设备安全。

作为优选，所述自动导引车内设有充电电池，所述的单片机上设有运算模块、存储模块和无线传输模块，所述3D相机和多光谱成像相机与运算模块电连接，所述运算模块与存储模块电连接，所述存储模块与无线传输模块电连接。充电电池便于供应能源，保障设备的正常运行；3D相机和多光谱成像相机采集到的数据通过运算模块进行智能运算分析，并通过存储模块对数据进行保存，以便查询使用；无线传输模块实现了云端控制和数据的实时上传或下载。

本实用新型的有益效果是：达到了能满足全场景检测的目的；有利于防尘放水，保护密封腔内的电器元件不受损坏，从而能更好地适应各类工作环境；直线移动导轨具有较高的位置重复精度；实现了高精度的定性定量分析；具有自动规避障碍物的功能，保障设备安全；具有自动驾驶、智能运算分析、数据存储、无线传输等功能。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是滑座及视觉系统集成块的连接结构示意图；

图3是本实用新型的实施例图。

图中：1. 自动导引车，2. 旋转云台，3. 直线移动导轨，4. 视觉系统集成块，5.动力底盘，6. 壳体，7. 密封盖，8. 滑座，9. 螺纹丝杆，10. 限位杆，11. 波纹折叠板，12.高透光面板，13. 3D相机，14. 多光谱成像相机，15. 容纳腔，16. 装配口，17. 视觉传感器，18.培养基，19.植物系统，20.地面，21.挂绳。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的描述。

如图1和图2所述的实施例中，一种全自动集成多光谱与3D成像装置，它包括自动导引车1，自动导引车1的顶部设有旋转云台2，旋转云台2的顶部设有直线移动导轨3，直线移动导轨3与旋转云台2的中心固定连接，直线移动导轨3与旋转云台2相互垂直，直线移动导轨3上设有视觉系统集成块4，视觉系统集成块4与直线移动导轨3滑动连接，自动导引车1的底部设有动力底盘5，自动导引车1内设有伺服电机和单片机，伺服电机的输出端贯穿自动导引车1的顶部与旋转云台2的底部中心连接，单片机分别与动力底盘5、伺服电机和视觉系统集成块4电连接。

如图1和图2所示，直线移动导轨3的包括壳体6和密封盖7，壳体6的一端与旋转云台2密封连接，壳体6的另一端密封，壳体6的开口端与密封盖7密封连接且构成一个密封腔，密封腔内设有丝杆电机和滑座8，丝杆电机可拆卸安装于旋转云台2上，丝杆电机上设有螺纹丝杆9和两根限位杆10，两根限位杆10以螺纹丝杆9为中心呈左右对称分布，螺纹丝杆9和两根限位杆10均贯穿滑座8与壳体6的另一端连接，视觉系统集成块4可拆卸安装于滑座8上，丝杆电机与单片机电连接。

如图1所示，密封盖7上设有两块波纹折叠板11和高透光面板12，两块波纹折叠板11以高透光面板12为中心呈上下分布，其中一块波纹折叠板11的一端与壳体6密封的一端密封连接，且其另一端与高透光面板12的一端固定连接，另一块波纹折叠板11的一端与高透光面板12的另一端固定连接，且其另一端与旋转云台2密封连接，波纹折叠板11的左右两侧与壳体6的开口端密封滑动连接，高透光面板12与视觉系统集成块4相对应且与滑座8连接。

如图2所示，视觉系统集成块4包括3D相机13和多光谱成像相机14，滑座8内设有容纳腔15，3D相机13和多光谱成像相机14均可拆卸安装于容纳腔15内，容纳腔15的侧面设有分别与3D相机13和多光谱成像相机14相对应的装配口16，容纳腔15通过装配口16与高透光面板12连接，3D相机13和多光谱成像相机14均与单片机电连接。

如图1所示，自动导引车1上设有视觉传感器17，视觉传感器17可拆卸安装于自动导引车1的侧面，视觉传感器17与单片机电连接。

自动导引车1内设有充电电池，的单片机上设有运算模块、存储模块和无线传输模块，3D相机13和多光谱成像相机14与运算模块电连接，运算模块与存储模块电连接，存储模块与无线传输模块电连接。

图1和图2给出了本实用新型中整个系统硬件结构的一种设计实施方案。本方案包含集成运动系统：自动导引车1、旋转云台2以及直线移动导轨3；视觉系统集成块4：多光谱成像相机14以及3D相机13；数据处理系统：单片机。

图3给出了本实用新型装置的一种应用实施例。图3中展示了一个典型智慧温棚植物栽培场景。自动导引车1置于地面上；培养基18按行排列并通过挂绳21吊装，培养基18内在栽培有生长的植物系统19。具体工作流程为：通过全场景建模，获取植物分布空间参数。启动本实用新型装置，自动导引车1载着视觉系统集成块4到预定拍摄点位，启动拍摄。由于植物高度超过视觉系统集成块4视场宽度，因此采用垂直扫描的方式进行拍摄，具体的通过控制滑座8在直线移动导轨3上上下移动完成。在完成第一个点位的扫描拍摄工作，并将图像数据保存后，启动自动导引车1到达下一个拍摄点位，重复竖直方向的扫描拍摄工作。再保存数据，移动自动导引车1到下一个点位。直到当前一行完成全部扫描成像工作，移动自动导引车1到下一行进行相同的图形扫描采集工作。如此，逐行完成全场所有点位的图像扫描采集工作。然后将数据整合，做图像拼接实现全场景植物三维模型和表面特征建模，做各类分析模型的计算并上传结果等。

Claims (6)

1.一种全自动集成多光谱与3D成像装置，其特征是，包括自动导引车（1），所述自动导引车（1）的顶部设有旋转云台（2），所述旋转云台（2）的顶部设有直线移动导轨（3），所述直线移动导轨（3）与旋转云台（2）的中心固定连接，所述直线移动导轨（3）与旋转云台（2）相互垂直，所述直线移动导轨（3）上设有视觉系统集成块（4），所述视觉系统集成块（4）与直线移动导轨（3）滑动连接，所述自动导引车（1）的底部设有动力底盘（5），所述自动导引车（1）内设有伺服电机和单片机，所述伺服电机的输出端贯穿自动导引车（1）的顶部与旋转云台（2）的底部中心连接，所述单片机分别与动力底盘（5）、伺服电机和视觉系统集成块（4）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种全自动集成多光谱与3D成像装置，其特征是，所述直线移动导轨（3）的包括壳体（6）和密封盖（7），所述壳体（6）的一端与旋转云台（2）密封连接，所述壳体（6）的另一端密封，所述壳体（6）的开口端与密封盖（7）密封连接且构成一个密封腔，所述密封腔内设有丝杆电机和滑座（8），所述丝杆电机可拆卸安装于旋转云台（2）上，所述丝杆电机上设有螺纹丝杆（9）和两根限位杆（10），两根限位杆（10）以螺纹丝杆（9）为中心呈左右对称分布，所述螺纹丝杆（9）和两根限位杆（10）均贯穿滑座（8）与壳体（6）的另一端连接，所述视觉系统集成块（4）可拆卸安装于滑座（8）上，所述丝杆电机与单片机电连接。

3.根据权利要求2所述的一种全自动集成多光谱与3D成像装置，其特征是，所述密封盖（7）上设有两块波纹折叠板（11）和高透光面板（12），两块波纹折叠板（11）以高透光面板（12）为中心呈上下分布，其中一块波纹折叠板（11）的一端与壳体（6）密封的一端密封连接，且其另一端与高透光面板（12）的一端固定连接，另一块波纹折叠板（11）的一端与高透光面板（12）的另一端固定连接，且其另一端与旋转云台（2）密封连接，所述波纹折叠板（11）的左右两侧与壳体（6）的开口端密封滑动连接，所述高透光面板（12）与视觉系统集成块（4）相对应且与滑座（8）连接。

4.根据权利要求3所述的一种全自动集成多光谱与3D成像装置，其特征是，所述视觉系统集成块（4）包括3D相机（13）和多光谱成像相机（14），所述滑座（8）内设有容纳腔（15），所述3D相机（13）和多光谱成像相机（14）均可拆卸安装于容纳腔（15）内，所述容纳腔（15）的侧面设有分别与3D相机（13）和多光谱成像相机（14）相对应的装配口（16），所述容纳腔（15）通过装配口（16）与高透光面板（12）连接，所述3D相机（13）和多光谱成像相机（14）均与单片机电连接。

5.根据权利要求1所述的一种全自动集成多光谱与3D成像装置，其特征是，所述自动导引车（1）上设有视觉传感器（17），所述视觉传感器（17）可拆卸安装于自动导引车（1）的侧面，所述视觉传感器（17）与单片机电连接。

6.根据权利要求4所述的一种全自动集成多光谱与3D成像装置，其特征是，所述自动导引车（1）内设有充电电池，所述的单片机上设有运算模块、存储模块和无线传输模块，所述3D相机（13）和多光谱成像相机（14）与运算模块电连接，所述运算模块与存储模块电连接，所述存储模块与无线传输模块电连接。

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