一种基于侧向多视角成像的水果三维点云重建装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于侧向多视角成像的水果三维点云重建装置。本发明专利技术包括光照箱、旋转平台、3个相机和主机；光照箱内部的中心处安装有旋转平台，旋转平台用于放置水果，3个相机分别为俯视相机C1、平视相机C2与仰视相机C3，光照箱的圆周侧面从上到下依次安装有俯视相机C1、平视相机C2与仰视相机C3，俯视相机C1、平视相机C2与仰视相机C3的光轴均指向水果，俯视相机C1、平视相机C2和仰视相机C3均与主机相连。本发明专利技术构建的装置能够形成良好的光照环境，有效解决水果表面反光所引起的过曝问题，适用于具有水滴形、球形、椭球形、梨形等多样果形的水果点云的重建。点云的重建。点云的重建。

【技术实现步骤摘要】
一种基于侧向多视角成像的水果三维点云重建装置


[0001]本专利技术涉及一种水果点云重建装置，尤其是涉及一种基于侧向多视角成像的水果三维点云重建装置。

技术介绍

[0002]我国是世界水果生产大国，同时我国作为世界上柚种植面积最大的国家，柚产量位居世界第一位，2019年柚产量已经高达508万吨,柚栽培面积及产量分别占世界的61.41％和51.45％。当前对于蜜柚的品质分级主要依据重量，黄日升等(2015)(黄日升,朱东煌,林锦星,沈虹,李健.蜜柚果实分级标准研究[J].中国南方果树,2015,44(03):28
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31+34.)研究表明利用体积作为分级指标较重量更加科学，且果实的体积与内部品质相关性最强，其对应汁胞粒化率最大。因此估测蜜柚体积进而进行商品化分等分级具有重要意义。
[0003]水果体积估测传统方法主要为人工测量，如使用排水法进行测量，但是人工测量方式具有劳动强度大、效率低、耗时长等不足。近年来，随着三维测量技术以及消费级图像采集设备的发展，众多研究学者采用了单目多视角以及激光扫描等方法测量出水果的三维模型，进而测量水果的体积等外部几何特征。如王可(2015)(王可.基于Xtion传感器的植物果实和叶片三维重建及其尺寸参数提取[D].昆明理工大学,2015.)基于重建的三维点云测量了杨桃与紫长茄的体积，结果表明，与真实值相比，杨桃估测体积平均相对误差为6.63％，紫长茄估测体积平均相对误差为7.23％。Yamamoto等(2018)(Yamamoto S,Karkee M,Kobayashi Y,et al.3D reconstruction of apple fruits using consumer
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grade RGB
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depth sensor[J].Engineering in Agriculture,Environment and Food,2018,11(4):159
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168.)针对消费级传感器深度信息不可靠的问题，由二维图像提取感兴趣区域，然后再在三维点云上进行校正，通过对100多个苹果进行实验评估，得到体积及最大纵径均方根误差分别小于6cm3和1mm。Ni等(2021)(Ni X,Li C,Jiang H,et al.Three
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dimensional photogrammetry with deep learning instance segmentation to extract berry fruit harvestability traits[J].ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing,2021,171:297
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309.)基于SFM与MVS重建了4个品种的蓝莓果的点云，利用最小包围盒计算了蓝莓的紧凑度，估测了蓝莓果的数量、体积和成熟度，结果表明蓝莓果果实数量检测精度达到了97.3％。
[0004]但是以上研究对象均为椭球形或球形水果，难以适用于具有水滴形、球形、椭球形、梨形等多样果形的蜜柚体积估测，且存在光照不稳定的问题。因此对于以蜜柚为代表的表皮布满油胞具有易反光特性，易形成过曝区域的水果，构建一套具有光照均匀性的点云测量装置具有重要意义。

技术实现思路

[0005]为了解决
技术介绍
中存在的问题和需求，本专利技术提供了一种基于侧向多视角成像的水果三维点云重建装置。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]本专利技术包括光照箱、旋转平台、3个相机和主机；
[0008]光照箱内部的中心处安装有旋转平台，旋转平台用于放置水果，3个相机分别为俯视相机C1、平视相机C2与仰视相机C3，光照箱的圆周侧面从上到下依次安装有俯视相机C1、平视相机C2与仰视相机C3，俯视相机C1、平视相机C2与仰视相机C3的光轴均指向水果，俯视相机C1、平视相机C2和仰视相机C3均与主机相连。
[0009]所述光照箱包括底盘模块、周向旋转模块、纵向升降模块、导光膜、顶部LED光源、透明亚克力圆筒、径向进退模块、轴向旋转模块和底部LED光源；
[0010]底盘模块上放置有透明亚克力圆筒，底盘模块和透明亚克力圆筒之间至少安装有一个周向旋转模块，透明亚克力圆筒的外圆周侧面覆有导光膜，透明亚克力圆筒的上端面和下端面分别安装有顶部LED光源和底部LED光源；每个周向旋转模块上安装有对应的径向进退模块，径向进退模块上安装有对应的纵向升降模块，纵向升降模块上安装有对应的轴向旋转模块，轴向旋转模块上安装有对应的相机，透明亚克力圆筒的圆周侧面上开有矩形观察孔，相机伸入透明亚克力圆筒的矩形观察孔后拍摄放置于旋转平台上的水果；每个周向旋转模块在底盘模块上周向旋转，每个周向旋转模块同步带动对应的径向进退模块、纵向升降模块和轴向旋转模块。
[0011]所述底盘模块包括底部圆盘和底部径向固定架；
[0012]底部圆盘的下表面等间隔地固定安装有多个安装脚，每个安装脚与底部圆盘之间通过支撑架连接，每个安装脚与对应的支撑架之间通过螺纹连接底部圆盘和透明亚克力圆筒之间安装有周向旋转模块，底部圆盘的内部设置有底部径向固定架，底部径向固定架与多个安装脚固定连接，底部径向固定架上放置旋转平台；底部圆盘外缘上开设有至少一个扇形通槽，扇形通槽的内侧面设置为齿条，
[0013]所述周向旋转模块包括周向调节手柄和周向固定板，周向固定板的下端面安装有周向调节手柄，周向固定板的上端面还安装有径向进退模块，周向调节手柄的中部设置为齿轮，周向调节手柄的下端穿过扇形通槽后，周向调节手柄中部的齿轮与扇形通槽的齿条啮合形成齿轮齿条副，周向调节手柄下端的转动带动周向固定板进行周向旋转。
[0014]所述径向进退模块包括径向调节螺杆、径向导向杆、径向调节手柄和径向导向块；
[0015]所述周向旋转模块上固定安装有径向导向杆，周向旋转模块上还安装有径向调节螺杆，径向导向杆与径向调节螺杆平行且间隔布置，径向导向块套设在径向导向杆与径向调节螺杆中，径向调节螺杆远离底部圆盘的一端通过螺纹与径向调节手柄相连，径向调节螺杆靠近底部圆盘的一端通过与径向导向块固定连接，径向导向块上安装有纵向升降模块；径向调节手柄的旋转带动径向导向块沿着径向导向杆进行滑动，从而带动径向导向块上的纵向升降模块进行径向移动。
[0016]所述纵向升降模块包括纵向固定架、纵向调节螺杆和纵向调节手柄；
[0017]纵向固定架的一端固定安装在径向进退模块上，纵向固定架的另一端安装有纵向调节手柄，纵向固定架的中部设置有纵向调节螺杆，纵向调节螺杆远离径向进退模块的一端通过螺纹与纵向调节手柄相连，轴向旋转模块套装在纵向固定架与纵向调节螺杆中，纵向调节手柄的旋转带动轴向旋转模块沿着纵向固定架进行上升下降。
[0018]所述轴向旋转模块包括轴向旋转块、轴向旋转固定槽板、相机安装侧板和相机安
装底板；
[0019]轴向旋转块中开设有纵向孔和纵向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于侧向多视角成像的水果三维点云重建装置，其特征在于，包括光照箱(1)、旋转平台(2)、3个相机(4)和主机(5)；光照箱(1)内部的中心处安装有旋转平台(2)，旋转平台(2)用于放置水果(3)，3个相机(4)分别为俯视相机C1、平视相机C2与仰视相机C3，光照箱(1)的圆周侧面从上到下依次安装有俯视相机C1、平视相机C2与仰视相机C3，俯视相机C1、平视相机C2与仰视相机C3的光轴均指向水果(3)，俯视相机C1、平视相机C2和仰视相机C3均与主机(5)相连。2.根据权利要求1所述的一种基于侧向多视角成像的水果三维点云重建装置，其特征在于，所述光照箱(1)包括底盘模块(1.1)、周向旋转模块(1.3)、纵向升降模块(1.4)、导光膜(1.5)、顶部LED光源(1.6)、透明亚克力圆筒(1.8)、径向进退模块(1.9)、轴向旋转模块(1.10)和底部LED光源(1.11)；底盘模块(1.1)上放置有透明亚克力圆筒(1.8)，底盘模块(1.1)和透明亚克力圆筒(1.8)之间至少安装有一个周向旋转模块(1.3)，透明亚克力圆筒(1.8)的外圆周侧面覆有导光膜(1.5)，透明亚克力圆筒(1.8)的上端面和下端面分别安装有顶部LED光源(1.6)和底部LED光源(1.11)；每个周向旋转模块(1.3)上安装有对应的径向进退模块(1.9)，径向进退模块(1.9)上安装有对应的纵向升降模块(1.4)，纵向升降模块(1.4)上安装有对应的轴向旋转模块(1.10)，轴向旋转模块(1.10)上安装有对应的相机(4)，透明亚克力圆筒(1.8)的圆周侧面上开有矩形观察孔(1.8.1)，相机(4)伸入透明亚克力圆筒(1.8)的矩形观察孔(1.8.1)后拍摄放置于旋转平台上的水果(3)；每个周向旋转模块(1.3)在底盘模块(1.1)上周向旋转，每个周向旋转模块(1.3)同步带动对应的径向进退模块(1.9)、纵向升降模块(1.4)和轴向旋转模块(1.10)。3.根据权利要求2所述的一种基于侧向多视角成像的水果三维点云重建装置，其特征在于，所述底盘模块(1.1)包括底部圆盘(1.1.3)和底部径向固定架(1.1.5)；底部圆盘(1.1.3)的下表面等间隔地固定安装有多个安装脚(1.1.1)，每个安装脚(1.1.1)与底部圆盘(1.1.3)之间通过支撑架(1.1.2)连接，每个安装脚(1.1.1)与对应的支撑架(1.1.2)之间通过螺纹连接底部圆盘(1.1.3)和透明亚克力圆筒(1.8)之间安装有周向旋转模块(1.3)，底部圆盘(1.1.3)的内部设置有底部径向固定架(1.1.5)，底部径向固定架(1.1.5)与多个安装脚(1.1.1)固定连接，底部径向固定架(1.1.5)上放置旋转平台(2)；底部圆盘(1.1.3)外缘上开设有至少一个扇形通槽，扇形通槽的内侧面设置为齿条，所述周向旋转模块(1.3)包括周向调节手柄(1.3.2)和周向固定板(1.3.3)，周向固定板(1.3.3)的下端面安装有周向调节手柄(1.3.2)，周向固定板(1.3.3)的上端面还安装有径向进退模块(1.9)，周向调节手柄(1.3.2)的中部设置为齿轮，周向调节手柄(1.3.2)的下端穿过扇形通槽后，周向调节手柄(1.3.2)中部的齿轮与扇形通槽的齿条啮合形成齿轮齿条副，周向调节手柄(1.3.2)下端的转动带动周向固定板(1.3.3)进行周向旋转。4.根据权利要求2所述的一种基于侧向多视角成像的水...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶秀勤，林洋洋，朱逸航，张小敏，黄心瑶，徐涛，应义斌，徐惠荣，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：