专利名称：基于立体视觉的玉米果穗外在形态记录与测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机器视觉技术领域，尤其涉及一种基于立体视觉的玉米果穗外在形态记录与测量装置。
背景技术：
玉米果穗的外在形态是进行新品种选育时所要考察的重要指标，以往的记录与测量手段多是以人工方式进行，人力成本投入高、人为误差的干扰难以去除。机器视觉技术以其无损、快速、准确等特点被广泛应用于机器制造、材料加工等领域的测量环节中。公开号为CN101933417A的中国专利申请公开了一种使用机器视觉测量玉米果穗外在形态的装置，可以测量玉米果穗的穗长、穗粒数、穗行数、行粒数、秃尖长度等指标。然而，其设计的装置无法保证玉米果穗在摄像机上是正投影，例如其对果穗长度的测量是测量果穗在图像上的投影长度，若果穗与水平方向不是垂直关系，那么这种测量结果将产生不可忽略的误差。

实用新型内容(一 )要解决的技术问题本实用新型要解决的技术问题是如何提供一种无损地测量玉米果穗外在形态指标，去除人工方式测量中人为误差的干扰的方法。( 二 )技术方案为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于立体视觉的玉米果穗外在形态记录与测量装置，包括立体图像采集系统、控制系统、旋转系统和照明系统，其中，所述立体图像采集系统包括相互连接的立体摄像机1和图像采集卡2，所述控制系统包括主控计算机和步进电机驱动器5 ；所述主控计算机与图像采集卡2连接，用于向图像采集卡2发送信号，从而控制立体摄像机1拍摄图像；旋转系统包括步进电机6、托盘7和果穗固定锥体8 ；所述果穗固定锥体8用于固定被测玉米果穗样本4 ；步进电机6与果穗固定锥体8之间通过托盘7连接；步进电机6与步进电机驱动器5连接； 照明系统包括LED面阵光源9和线性激光发射器10，线性激光发射器10安装在立体摄像机1的一侧，LED面阵光源9安装在线性激光发射器10下方。优选地，所述装置还包括采集箱3，所述立体摄像机1安装在采集箱3的内壁上。优选地，所述图像采集卡2与立体摄像机1通过高速数据传输电缆连接。优选地，所述图像采集卡2与主控计算机通过以太网连接。优选地，LED面阵光源9安装于采集箱3的底面。优选地，LED面阵光源9共有4个，分别平行于采集箱3底面的四条边方向安装。优选地，采集箱3的外部设置有以太网接口 11、串行接口 12以及USB接口 13。(三)有益效果[0019]与现有技术相比，本实用新型能够产生如下有益效果本实用新型通过使用立体视觉技术在三维空间中测量果穗外在形态，可在无损非接触条件下记录玉米果穗外在形态，并可提取玉米果穗的长度、直径、穗粒数、穗行数、行粒数等外形指标，不仅去除了人工方式测量中人为误差的干扰，而且减少了人力成本投入，增加了自动化程度，同时也克服了现有测量装置依靠分析二维图像反求三维物体外形参数产生较大误差的弊端。

图1是本实用新型的内部结构示意图；图2是本实用新型的外形图；图3是本实用新型的工作流程图。其中1、立体摄像机，2、图像采集卡，3、采集箱，4、玉米果穗样本，5、步进电机驱动器，6、步进电机，7、托盘，8、果穗固定锥体，9、LED面阵光源，10、线性激光发射器，11、以太网接口，12、串行接口，13、USB接口。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。如图1所示，一种基于立体视觉的玉米果穗外在形态记录与测量装置，包括立体图像采集系统、控制系统、旋转系统和照明系统。立体图像采集系统主要包括立体摄像机1和图像采集卡2。其中，图像采集卡2 与主控计算机相连，主控计算机通过触发信号控制图像采集卡2进而控制立体摄像机1采集图像的时机，立体摄像机1安装在采集箱3的内壁上。立体摄像机1由两个型号相同的高清工业摄像机组成，工业摄像机的分辨率设定为1280X10M，镜头焦距为7mm，两工业摄像机处在同一水平位置，光轴相互平行，光心距离7cm，进行测量之前，使用平面棋盘格模板对立体摄像机1进行标定，获得其投影矩阵的数学表达形式。图像采集卡2与立体摄像机 1之间通过高速数据传输电缆连接，图像采集卡2与主控计算机之间通过以太网连接，传输速率为Kibps。控制系统主要包括主控计算机、步进电机驱动器5，主控计算机将旋转角度信息发送到步进电机驱动器5上，步进电机驱动器5将角度信息转换为控制步进电机6转动的脉冲信号。步进电机6以15°为旋转间隔，当其处于运动间隙时，主控计算机发出触发信号， 触发图像采集卡2采集立体摄像机1的图像信息，并将图像信息以特定的压缩格式传送到主控计算机上。LED面阵光源9和线性激光发射器10也由主控计算机控制。旋转系统主要包括步进电机6、托盘7和果穗固定锥体8。玉米果穗样本4底部插入果穗固定锥体8，步进电机6在脉冲信号的驱动下带动托盘7以一定角度间隔转动。步进电机6安装固定在采集箱3的底面上，测量一个样本需要旋转一周，旋转角度间隔为15°， 以保证前后两幅图像中有较多的重复区域，从而使测量区域覆盖整个玉米果穗表面。托盘 7用于连接步进电机6与果穗固定锥体8，托盘7本身具有一定的重量，用于平衡不规则形状的果穗对旋转系统稳定性的影响。果穗固定锥体8的尖端较为锐利，可将玉米果穗样本 4底部较为柔软部分以插入方式固定。[0029]照明系统主要包括LED面阵光源9和线性激光发射器10。其中，LED面阵光源9 总共4个，平行于采集箱3底面的四条边方向安装于采集箱3底面，线性激光发射器10安装在立体摄像机1 一侧，投射线性激光到被测玉米果穗样本4上。LED面阵光源9由10X3 个点光源排列组成，点光源放置在灯箱内，灯箱上方为透明毛玻璃。照明光线通过漫反射照射到被测物体表面上，最大程度地降低了物体表面反射特性的差异对成像质量的影响。线性激光发射器10的激光通过一条狭长光栅在被测物体表面形成一条线性光斑，线性光斑的作用是增加图像的特征，以提高图像处理中立体匹配环节的鲁棒性。如图2所示，采集箱3的外部设置有多个接口，包括图像采集卡的以太网接口 11、 步进电机驱动器的串行接口 12，以及照明系统的USB接口 13。本实用新型的基于立体视觉的玉米果穗外在形态记录与测量装置的工作流程如图3所示，包括以下步骤首先，打开采集箱3的上盖，将被测玉米果穗样本4固定在果穗固定锥体8上，合上采集箱的箱盖后装置开始工作。然后，启动照明系统开启光照，为装置提供均稳定的散射光源和对果穗表面特征有增强作用的线性激光。接着，主控计算机通过步进电机驱动器5发送旋转参数给步进电机，步进电机6带动旋转系统在脉冲信号的驱动下旋转，若与初始位置相比已经旋转过15°的整数倍，则暂停旋转，并拍摄图像，所拍摄的图像由图像采集卡2传送到主控计算机上，否则步进电机驱动器5继续驱动步进电机6转动。 当旋转完一周后，整个图像采集过程完毕，将被测玉米果穗4从采集箱3中取出。后续的图像分析处理过程在主控计算机上完成。以上所述仅是本实用新型的实施方式，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技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种基于立体视觉的玉米果穗外在形态记录与测量装置，其特征在于，包括立体图像采集系统、控制系统、旋转系统和照明系统，其中，所述立体图像采集系统包括相互连接的立体摄像机(1)和图像采集卡0)，所述控制系统包括主控计算机和步进电机驱动器(5)；所述主控计算机与图像采集卡 ⑵连接，用于向图像采集卡⑵发送信号，从而控制立体摄像机⑴拍摄图像；旋转系统包括步进电机(6)、托盘(7)和果穗固定锥体(8)；所述果穗固定锥体(8)用于固定被测玉米果穗样本(4)；步进电机(6)与果穗固定锥体(8)之间通过托盘(7)连接； 步进电机(6)与步进电机驱动器(5)连接；照明系统包括LED面阵光源(9)和线性激光发射器(10)，线性激光发射器(10)安装在立体摄像机(1)的一侧，LED面阵光源(9)安装在线性激光发射器(10)下方。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括采集箱(3)，所述立体摄像机(1)安装在采集箱(3)的内壁上。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述图像采集卡( 与立体摄像机(1) 通过高速数据传输电缆连接。
4.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述图像采集卡( 与主控计算机通过以太网连接。
5.如权利要求2所述的装置，其特征在于，LED面阵光源(9)安装于采集箱(3)的底
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，LED面阵光源(9)共有4个，分别平行于采集箱(3)底面的四条边方向安装。
7.如权利要求2所述的装置，其特征在于，采集箱(3)的外部设置有以太网接口(11)、 串行接口(1 以及USB接口(13)。
专利摘要本实用新型涉及机器视觉技术领域，公开了一种基于立体视觉的玉米果穗外在形态记录与测量装置，包括立体图像采集系统、控制系统、旋转系统和照明系统，立体图像采集系统包括立体摄像机(1)和图像采集卡(2)，控制系统包括主控计算机和步进电机驱动器(5)；旋转系统包括步进电机(6)、托盘(7)和果穗固定锥体(8)；照明系统包括LED面阵光源(9)和线性激光发射器(10)。本实用新型能无损地测量玉米果穗外在形态指标，去除了人工方式测量中人为误差的干扰。
文档编号G01B11/24GK202160400SQ201120206478
公开日2012年3月14日 申请日期2011年6月17日 优先权日2011年6月17日
发明者温维亮, 王传宇, 苗腾, 赵春江, 郭新宇 申请人:北京农业信息技术研究中心