本发明专利技术公开了一种果树三维点云采集方法及装置，通过融合Kinect相机和三维激光雷达采集的数据，克服Kinect相机由于光照产生的误差和三维激光雷达点云无色彩的缺点，通过智能小车搭载无人机工作和无人机独立飞行相结合的方式完成果树完整三维彩色点云的构建，智能小车搭载无人机获取果树冠层底部的点云，无人机独立飞行获取果树冠层顶部的点云，其中顶部的点云和底部的点云存在一圈重合部分，便于后期的点云拼接，构建包含果树冠层外部完整参数的三维彩色点云。本方法可根据实际需要调节点云采集设备的高度和角度，将地面智能小车和空中无人机相结合，且能有效避免无人机旋翼风场对果树冠层的扰动，可以获得更加准确完整的果树植株点云数据。植株点云数据。植株点云数据。
【技术实现步骤摘要】
一种果树三维点云采集方法及装置
[0001]本专利技术涉及农业机械设备智能化和图像处理
，尤其涉及一种果树三维点云采集方法及装置。
技术介绍
[0002]近年来，对果树的精确三维彩色点云获取在智慧农业的发展下应用越来越多，其中主要是为果园生产管理者提供果树的三维可视化基础数据。以搭载点云采集的设备进行划分，果树三维点云采集方法可以分为地面采集和空中采集两种。其中地面采集方法主要依靠地面承托设备，当果树较高时，地面采集方法可以较为完好地获取果树冠层底部的三维点云，但果树冠层顶部点云往往因果树过高的问题而无法完整地获取；空中采集方法主要是依赖无人机，使用这种方式获取果树点云时，可以较为完好地获取果树冠层顶部的三维点云，但无法获取果树冠层底部的点云，当降低飞行高度时，果树容易受到无人机旋翼风场的干扰而无法获取精确的点云数据。
[0003]目前果树三维点云的获取方法主要有：图像处理、超声波测距和激光测距。其中图像处理和超声波测距由于原理导致精度不高，在果园中使用有一定的缺陷。激光测距现阶段主要有二维激光雷达和三维激光雷达，二维激光雷达只能采集平面点云数据，三维激光雷达测量精度很高，但所获取的点云缺少颜色信息。
技术实现思路
[0004]1.要解决的技术问题
[0005]本专利技术的目的是为了解决现有技术中果树三维彩色点云难以精准获取的问题，而提出的一种果树三维点云采集方法及装置。
[0006]2.技术方案
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：/>[0008]一种果树三维点云采集装置，包括无人机和智能小车，所述智能小车的顶部通过交错设置的多个液压杆和连杆连接有支承平台，所述无人机水平放置于支承平台上，多个所述液压杆和连杆之间转动连接，所述无人机上的顶部固定连接有GPS模块，所述无人机的底部固定安装有控制模块B、惯性测量单元IMU、Kinect相机和三维激光雷达，所述智能小车的顶部固定连接有控制模块A，所述GPS模块、惯性测量单元IMU、Kinect相机和三维激光雷达的输出端与控制模块B的输入端连接，所述控制模块B的输出端与控制模块A的输入端连接。
[0009]优选地，所述无人机的最大承重应大于控制模块B、GPS模块、惯性测量单元IMU、Kinect相机、三维激光雷达和连接线的质量之和。
[0010]优选地，所述支承平台的底部固定连接有4个步进电机，所述步进电机的输出端固定连接有多个固定钩，所述控制模块B的输出端与步进电机的输入端连接。
[0011]优选地，所述智能小车上设有动力系统和高精度RTK定位模块。
[0012]优选地，所述无人机的一侧设有带刻度弧形导槽，所述Kinect相机与带刻度弧形导槽的内壁转动连接。
[0013]优选地，所述无人机的底部固定连接有对称设置的两个脚架。
[0014]本专利技术中，一种果树三维点云采集方法，包括以下步骤：
[0015]步骤1：对目标果园进行测绘，规划好智能小车的行驶路线和无人机的飞行航线，确定冠层底部点云采集和冠层顶部采集过程中Kinect相机的倾斜角度和三维激光雷达的扫描角度，智能小车支承平台的高度，智能小车的规划路线应避开障碍物和坑洼，以保证小车安全平稳地行驶，无人机航线应位于目标果树的侧上方，以有效避免无人机旋翼风场对果树冠层造成扰动。
[0016]步骤2：智能小车停放至作业起始点，将安装有控制模块B、GPS模块、惯性测量单元IMU、Kinect相机和三维激光雷达的无人机放置在智能小车的支承平台上，控制模块B同时发送夹紧信号给4个步进电机，4个步进电机带动4个固定钩处于紧固状态，使无人机能牢牢固定在支承平台上，启动所有设备。
[0017]步骤3：先进行方式一作业过程，调整好智能小车支承平台的高度，Kinect相机的倾斜角度和三维激光雷达的扫描角度，无人机上的控制模块B将开始作业指令发送给智能小车上的的控制模块A，智能小车开始按照预先规划好的路线行驶，同时，无人机控制模块B开始保存GPS、惯性测量单元IMU、Kinect相机和三维激光雷达数据，进行采集果树冠层底部的点云。
[0018]步骤4：果树底部点云采集完成后，智能小车回到起点并停下，控制模块A将完成方式一作业指令反馈给控制模块B，控制模块B发送指令关闭数据保存功能，方式一作业完成。
[0019]步骤5：重新调整Kinect相机的倾斜角度和三维激光雷达的扫描角度后，控制模块B同时发送松开信号给4个步进电机，使4个固定钩打开至与支承平台平行，开始进行方式二作业，无人机在智能小车支承平台上起飞，距离平台一定距离后悬停并收起脚架，控制模块B发送指令打开数据保存功能，开始按照预先规划的航线飞行，采集果树冠层顶部的点云，这里采集到的点云与地面作业时采集到的点云存在一圈点云重合，即存在足够数量的同名点点云。
[0020]步骤6：果树顶部点云采集完成后，无人机悬停在空中，控制模块B发送指令关闭数据保存功能，打开脚架后，自动降落在平坦的空地上。至此，方式二作业完成。
[0021]步骤7：将所有设备带回室内，开始进行方式三作业，将控制模块B上保存的GPS模块数据、惯性测量单元IMU数据、Kinect相机数据和三维激光雷达数据全部导出到计算机上进行点云拼接、去噪和融合等一系列处理，最终构建完整的果树三维彩色点云模型。
[0022]优选地，在方式一作业和方式二作业过程中，所记录的GPS数据和IMU数据均是表示无人机的轨迹数据，简化了方式三作业中的点云坐标转换处理。
[0023]优选地，所述Kinect相机的角度和激光雷达的扫描角度都是根据无人机的运动轨迹所做出的最佳状态，可以更准确、更全面和更快速地完成点云采集工作。
[0024]优选地，通过对智能小车行驶路线和无人机飞行轨迹的合理安排，能获取到冠层底部和顶部的点云，对整棵果树实现360
°
全方位三维彩色点云的构建。
[0025]3.有益效果
[0026]相比于现有技术，本专利技术的优点在于：
[0027](1)本专利技术中，首次采用智能小车搭载无人机进行果树冠层底部点云采集作业，避免了无人机近地飞行时旋翼风场对果树冠层的扰动。
[0028](2)本专利技术中，首次采用地面智能小车搭载无人机和无人机空中飞行相结合的方式进行果树点云采集，解决了原有单一地面设备或单一空中设备无法获取完整果树三维彩色点云的问题。
[0029](3)本专利技术中，智能小车支承平台的高度能够调整，满足了方式一工作时不同工作高度的需求。
[0030](4)本专利技术中，Kinect相机的倾斜角度能够在10
°‑
170
°
范围内进行调整，满足了不同方式作业的角度需求，通过4个固定钩将无人机固定在智能小车支承平台上，步进电机通过接收控制模块的指令，使固定钩处于压紧或打开状态。
[0031](5)本专利技术中，智能小车上的控制模块能够接收来自无人机上的控制模块的开始作业指令，和将方式一作本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种果树三维点云采集装置，包括无人机和智能小车，其特征在于，所述智能小车的顶部通过交错设置的多个液压杆(12)和连杆(13)连接有支承平台(2)，所述无人机水平放置于支承平台(2)上，多个所述液压杆(12)和连杆(13)之间转动连接，所述无人机上的顶部固定连接有GPS模块(9)，所述无人机的底部固定安装有控制模块B(7)、惯性测量单元IMU(5)、Kinect相机(4)和三维激光雷达(10)，所述智能小车的顶部固定连接有控制模块A(1)，所述GPS模块(9)、惯性测量单元IMU(5)、Kinect相机(4)和三维激光雷达(10)的输出端与控制模块B(7)的输入端连接，所述控制模块B(7)的输出端与控制模块A(1)的输入端连接。2.根据权利要求1所述的一种果树三维点云采集装置，其特征在于，所述无人机的最大承重应大于控制模块B(7)、GPS模块(9)、惯性测量单元IMU(5)、Kinect相机(4)、三维激光雷达(10)和连接线的质量之和。3.根据权利要求1所述的一种果树三维点云采集装置，其特征在于，所述支承平台(2)的底部固定连接有4个步进电机(14)，所述步进电机(14)的输出端固定连接有多个固定钩，所述控制模块B(7)的输出端与步进电机(14)的输入端连接。4.根据权利要求1所述的一种果树三维点云采集装置，其特征在于，所述智能小车上设有动力系统和高精度RTK定位模块。5.根据权利要求1所述的一种果树三维点云采集装置，其特征在于，所述无人机的一侧设有带刻度弧形导槽(3)，所述Kinect相机(4)与带刻度弧形导槽(3)的内壁转动连接。6.根据权利要求1所述的一种果树三维点云采集装置，其特征在于，所述无人机的底部固定连接有对称设置的两个脚架(11)。7.一种果树三维点云采集方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：对目标果园进行测绘，规划好智能小车的行驶路线和无人机的飞行航线，确定冠层底部点云采集和冠层顶部采集过程中Kinect相机(4)的倾斜角度和三维激光雷达(10)的扫描角度，智能小车支承平台(2)的高度，智能小车的规划路线应避开障碍物和坑洼，以保证小车安全平稳地行驶，无人机航线应位于目标果树的侧上方，以有效避免无人机旋翼(8)风场对果树冠层造成扰动；步骤2：智能小车停放至作业起始点，将安装有控制模块B(7)、GPS模块(9)、惯性测量单元IMU(5)、Kinect相机(4)和三维激光雷达(10)的无人机放置在智能小车的支承平台(2)上，控制模块B(7)同时发送夹紧信号给4个步进电机，4个...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭孝东，何静，尹选春，时磊，兰玉彬，吴金泳，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：
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