一种田间玉米棒几何尺寸测量系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种田间玉米棒几何尺寸测量系统及方法。所述测量系统包括：多相机探头阵列、连接件、无人机和相机遥控器；所述多相机探头阵列通过连接件与所述无人机连接；所述无人机用于调整所述多相机探头阵列的拍摄位置；所述多相机探头阵列包含多个相机，多个所述相机线性间隔排布；所述相机遥控器分别与多个所述相机无线连接，多个所述相机用于在所述相机遥控器的远程遥控下同步采集待测玉米棒的图像。本发明专利技术基于无人机平个设计，采用计算机视觉原理，通过多相机阵列对玉米棒一次成像，构建田间玉米棒高精度三维模型，高效准确地测量田间玉米棒的几何尺寸。

A measurement system and method for the geometric dimension of corn stick in the field

【技术实现步骤摘要】
一种田间玉米棒几何尺寸测量系统及方法
本专利技术涉及计算机视觉领域，特别是涉及一种田间玉米棒几何尺寸测量系统及方法。
技术介绍
玉米棒长度和直径田间测量是玉米估产的重要指标，目前玉米棒长度和直径田间测量主要有两种方法：一种是传统的地面人工测量方法，该方法对于大面积高密度玉米大田采样极为不便。另一种是基于计算机视觉(计算机视觉也称机器视觉，利用摄像机和电脑及其他相关设备，对生物视觉进行模拟，通过对采集的图片或视频进行处理，使计算机具有认知三维信息的能力)的被动测量方法，基于计算机视觉的被动测量是一种非接触式测量方法，无需人为设置辐射源，可以简单高效地获取田间玉米棒的实时影像，根据计算机视觉被动测量中视觉传感器的个数，可以将计算机视觉被动测量系统分为单目、双目和多目视觉被动测量系统。单目视觉系统由于摄像机标定精度及难以精确确定摄像机与被测物之间的相对位置等问题，整体测量的精度不如双目视觉和多目视觉。双目立体视觉测量方法中，当基线过长时，需要在相对较大的视觉范围内进行搜索，增加了计算工作量。多目视觉系统利用多基线立体匹配，并利用双目测距算法计算得到玉米棒的长度和直径，可以大幅度减少测量中的盲区，同时避免了双目视觉中由于特征点模糊而产生的误匹配现象，提高了视差测量的准确性。但是多目视觉系统中的单镜头测量需要将相机装在导轨上移动拍摄，且只能拍摄静物，当相机和被摄物存在相对运动时无法采集高质量多视点影像。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种田间玉米棒几何尺寸测量系统及方法，能够高效准确地得到田间玉米棒的几何尺寸。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种田间玉米棒几何尺寸测量系统，所述测量系统包括：多相机探头阵列、连接件、无人机和相机遥控器；所述多相机探头阵列通过连接件与所述无人机连接；所述无人机用于调整所述多相机探头阵列的拍摄位置；所述多相机探头阵列包含多个相机，多个所述相机线性间隔排布；所述相机遥控器分别与多个所述相机无线连接，多个所述相机用于在所述相机遥控器的远程遥控下同步采集待测玉米棒的图像。可选的，所述多相机探头阵列还包括：视频摄像头和视频信号发射机；所述视频摄像头设置在所述多相机探头阵列上；所述视频信号发射机设置在所述无人机上；所述视频摄像头的信号输出端通过信号传输线与所述视频信号发射机连接；所述视频信号发射机与地面控制站连接；所述视频摄像头用于采集所述待测玉米棒的视频信息，并将所述视频信息通过所述视频信号发射机传输至所述地面控制站；所述地面控制站用于根据所述视频信息控制所述无人机的高度或航向，使所述多相机探头阵列与所述待测玉米棒处于同一水平面。可选的，所述多相机探头阵列还包括：视频摄像头和无人机数据链；所述视频摄像头设置在所述多相机探头阵列上；所述无人机数据链设置在所述无人机上；所述视频摄像头的电源输入端与所述无人机的电源模块连接，所述视频摄像头的信号输出端通过信号传输线与所述无人机数据链连接；所述无人机数据链与地面控制站连接；所述视频摄像头用于采集所述待测玉米棒的视频信息，并将所述视频信息通过所述无人机数据链传输至所述地面控制站；所述地面控制站用于根据所述视频信息控制所述无人机的高度或航向，使所述视频摄像头与所述待测玉米棒处于同一水平面。可选的，所述多相机探头阵列还包括：凹槽；多个所述相机均固定在所述凹槽的内部；所述凹槽通过所述连接件与所述无人机连接。可选的，所述连接件为伸缩式碳纤维杆；所述伸缩式碳纤维杆的一端与所述多相机探头阵列连接，所述伸缩式碳纤维杆的另一端通过万向节与所述无人机连接。一种田间玉米棒几何尺寸测量方法，所述测量方法包括：通过多相机探头阵列的多个相机对田间的玉米棒进行同步采像，获取所述玉米棒的多个采集图像；对多个所述采集图像进行双目校正，得到多个校正图像；利用基于特征的立体匹配算法，对所述玉米棒的每个待测特征点在多个所述校正图像的对应点进行匹配，得到多个匹配图像；根据多个所述匹配图像，利用多目立体视觉成像原理，确定所述玉米棒的每个待测特征点的空间位置坐标；根据所述玉米棒的多个待测特征点的空间位置坐标，计算所述玉米棒的几何尺寸；所述玉米棒几何尺寸包括玉米棒的长度或玉米棒的直径。可选的，所述通过多相机探头阵列的多个相机对田间的玉米棒进行同步采像，获取所述玉米棒的多个采集图像，之前还包括：对每个所述相机进行单目标定，得到每个所述相机的内参数矩阵和畸变参数向量；利用所述每个所述相机的内参数矩阵和畸变参数向量，对多个所述相机进行立体标定。可选的，所述根据多个所述匹配图像，利用多目立体视觉成像原理，确定所述玉米棒的每个待测特征点的空间位置坐标，具体包括：获取所述玉米棒的每个待测特征点在每个所述匹配图像的平面坐标；根据每个所述待测特征点在每个所述匹配图像的平面坐标，确定每个所述待测特征点在多个所述匹配图像之间的三维视差坐标；分别计算每个所述待测特征点的所有三维视差坐标的平均值作为每个所述待测特征点的空间位置坐标。可选的，所述根据每个所述待测特征点在每个所述匹配图像的平面坐标，确定每个所述待测特征点在多个所述匹配图像之间的三维视差坐标，具体包括：根据每个所述待测特征点在每个所述匹配图像的平面坐标，利用公式确定每个所述待测特征点在多个所述匹配图像之间的三维视差坐标；其中，Pi(Xpi,Ypi,Zpi)表示玉米棒的待测特征点P在第i个匹配图像的平面坐标与第1个匹配图像的平面坐标之间的三维视差坐标；di表示第i个相机到第一个相机的距离，(Xci,Yci)表示玉米棒的待测特征点P在第i个匹配图像的平面坐标，Si表示第i个相机到第一个相机的视差，Si＝Xci-Xc1，Xc1表示玉米棒的待测特征点P在第1个匹配图像的横坐标，f表示相机的焦距。可选的，所述根据所述玉米棒的多个待测特征点的空间位置坐标，计算所述玉米棒的几何尺寸，具体包括：根据所述玉米棒的多个待测特征点的空间位置坐标，利用公式得到玉米棒的几何尺寸；其中，L表示玉米棒的几何尺寸，(Xp,Yp,Zp)表示玉米棒的待测特征点P的空间位置坐标，(XQ,YQ,ZQ)表示玉米棒的待测特征点Q的空间位置坐标。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供一种田间玉米棒几何尺寸测量系统及方法，将多相机探头阵列连接在无人机上，通过调节无人机的高度或航向灵活调整多相机探头阵列的位置，避免了相机装在导轨上只能沿导轨移动拍摄的缺陷；当相机和待测玉米棒有相对运动时，通过无人机实时调整多相机探头阵列的位置，使多相机探头阵列与待测玉米棒处于同一水平面时，多相机探头阵列的多个相机再同步采像，解决了现有技术中只能拍摄静物的技术问题。本专利技术还利用相机遥控器远程遥控多相机探头阵列的多个相机对待测玉米棒同步采像，实现了通过单次拍摄成像，构建田间玉米棒的三维模型，高效准确得到田间玉米棒的几何尺寸。...

【技术保护点】
1.一种田间玉米棒几何尺寸测量系统，其特征在于，所述测量系统包括：多相机探头阵列、连接件、无人机和相机遥控器；/n所述多相机探头阵列通过连接件与所述无人机连接；/n所述无人机用于调整所述多相机探头阵列的拍摄位置；/n所述多相机探头阵列包含多个相机，多个所述相机线性间隔排布；/n所述相机遥控器分别与多个所述相机无线连接，多个所述相机用于在所述相机遥控器的远程遥控下同步采集待测玉米棒的图像。/n

【技术特征摘要】
1.一种田间玉米棒几何尺寸测量系统，其特征在于，所述测量系统包括：多相机探头阵列、连接件、无人机和相机遥控器；
所述多相机探头阵列通过连接件与所述无人机连接；
所述无人机用于调整所述多相机探头阵列的拍摄位置；
所述多相机探头阵列包含多个相机，多个所述相机线性间隔排布；
所述相机遥控器分别与多个所述相机无线连接，多个所述相机用于在所述相机遥控器的远程遥控下同步采集待测玉米棒的图像。


2.根据权利要求1所述的田间玉米棒几何尺寸测量系统，其特征在于，所述多相机探头阵列还包括：视频摄像头和视频信号发射机；
所述视频摄像头设置在所述多相机探头阵列上；所述视频信号发射机设置在所述无人机上；
所述视频摄像头的信号输出端通过信号传输线与所述视频信号发射机连接；所述视频信号发射机与地面控制站连接；所述视频摄像头用于采集所述待测玉米棒的视频信息，并将所述视频信息通过所述视频信号发射机传输至所述地面控制站；所述地面控制站用于根据所述视频信息控制所述无人机的高度或航向，使所述多相机探头阵列与所述待测玉米棒处于同一水平面。


3.根据权利要求1所述的田间玉米棒几何尺寸测量系统，其特征在于，所述多相机探头阵列还包括：视频摄像头和无人机数据链；
所述视频摄像头设置在所述多相机探头阵列上；所述无人机数据链设置在所述无人机上；
所述视频摄像头的电源输入端与所述无人机的电源模块连接，所述视频摄像头的信号输出端通过信号传输线与所述无人机数据链连接；所述无人机数据链与地面控制站连接；所述视频摄像头用于采集所述待测玉米棒的视频信息，并将所述视频信息通过所述无人机数据链传输至所述地面控制站；所述地面控制站用于根据所述视频信息控制所述无人机的高度或航向，使所述视频摄像头与所述待测玉米棒处于同一水平面。


4.根据权利要求1所述的田间玉米棒几何尺寸测量系统，其特征在于，所述多相机探头阵列还包括：凹槽；
多个所述相机均固定在所述凹槽的内部；所述凹槽通过所述连接件与所述无人机连接。


5.根据权利要求1所述的田间玉米棒几何尺寸测量系统，其特征在于，所述连接件为伸缩式碳纤维杆；
所述伸缩式碳纤维杆的一端与所述多相机探头阵列连接，所述伸缩式碳纤维杆的另一端通过万向节与所述无人机连接。


6.一种田间玉米棒几何尺寸测量方法，其特征在于，所述测量方法包括：
通过多相机探头阵列的多个相机对田间的玉米棒进行同步采像，获取所述玉米棒的多个采集图像；
对多个所述采集图像进行双目校正，得到多个校正图像；
利用基于特征的立体匹配算法，对所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈圣波，吴琼，
申请(专利权)人：吉林高分遥感应用研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林;22