一种基于三维点云的谷物容积扫描装置、方法及系统与流程

技术特征：
1.一种基于三维点云的谷物容积扫描装置，其特征在于，所述基于三维点云的谷物容积扫描装置包括激光发射组件、图像获取组件、运行组件、主支架以及控制组件；所述运行组件设置在所述主支架上；所述激光发射组件设置在所述运行组件上，所述激光发射组件用于向谷物发射激光；所述图像获取组件设置在所述激光发射组件上，所述图像获取组件用于获取激光照射谷物的图像；所述控制组件分别与所述运行组件、所述图像获取组件连接，所述控制组件用于输出控制指令，以控制所述运行组件运行，以及接收并处理所述图像获取组件上传的激光照射谷物的图像。2.根据权利要求1所述的基于三维点云的谷物容积扫描装置，其特征在于，所述运行组件包括移动部件以及设置在所述移动部件上的电机；所述激光发射组件设置在所述移动部件上；所述移动部件设置在所述主支架上，所述移动部件用于在所述电机的转动下，带动所述激光发射组件在所述主支架上移动。3.根据权利要求2所述的基于三维点云的谷物容积扫描装置，其特征在于，所述移动部件包括同步带、轨道以及设置在所述轨道上的滑台；所述轨道设置在所述主支架上；所述电机设置在所述滑台上，所述电机通过所述同步带带动所述滑台移动；所述激光发射组件设置在所述滑台上。4.根据权利要求1所述的基于三维点云的谷物容积扫描装置，其特征在于，所述控制组件包括第一控制部件以及与所述第一控制部件连接的驱动控制部件；所述驱动控制部件设置在所述主支架上，所述驱动控制部件还与所述运行组件连接，所述驱动控制部件用于在所述第一控制部件输出的驱动指令的控制下，驱动所述运行组件；所述第一控制部件还用于接收并处理所述图像获取组件上传的激光照射谷物的图像。5.一种基于三维点云的谷物容积扫描方法，其特征在于，所述基于三维点云的谷物容积扫描方法应用于权利要求1所述的基于三维点云的谷物容积扫描装置，包括：根据运行组件的当前行进距离确定谷物测量点的当前x轴坐标；所述当前x轴坐标的方向为所述运行组件的当前行进方向；根据谷物图像计算多个激光中心点的坐标；所述谷物图像为当前时刻激光照射谷物的图像；所述激光中心点为激光线在谷物深度方向的中心点；根据所述激光中心点的坐标以及所述谷物测量点的当前x轴坐标计算所述谷物测量点在世界坐标系下的坐标；判断所述当前行进距离是否小于行进总距离，得到第一结果；若所述第一结果为所述当前行进距离大于或等于所述行进总距离，那么根据多个所述谷物测量点在世界坐标系下的坐标计算谷物容积；若所述第一结果为所述当前行进距离小于所述行进总距离，那么将所述当前行进距离更新为下一时刻行进距离，并返回所述根据运行组件的当前行进距离确定谷物测量点的当前x轴坐标的步骤。
6.根据权利要求5所述的基于三维点云的谷物容积扫描方法，其特征在于，所述根据谷物图像计算多个激光中心点的坐标，具体包括：根据谷物图像得到谷物灰度图像矩阵；根据公式计算得到激光中心点第一坐标；其中，c为激光中心点第一坐标，x
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为所述谷物灰度图像矩阵上灰度值大于或者等于第一设定阈值的点在谷物深度方向的坐标，为所述谷物灰度图像矩阵上灰度值大于或者等于第一设定阈值的点在谷物深度方向的坐标的和；为所述谷物灰度图像矩阵中灰度值大于或者等于第一设定阈值的点的个数和，i0为第一设定阈值，为所述谷物灰度图像矩阵上的点的灰度值；对多个所述激光中心点第一坐标进行插值处理，得到多个激光中心点的坐标。7.根据权利要求5所述的基于三维点云的谷物容积扫描方法，其特征在于，所述根据所述激光中心点的坐标以及所述谷物测量点的当前x轴坐标计算所述谷物测量点在世界坐标系下的坐标，具体包括：标定图像获取组件，得到图像坐标系与世界坐标系的变换关系；根据所述激光中心点的坐标、所述变换关系以及所述谷物测量点的当前x轴坐标计算所述谷物测量点在世界标系下的坐标。8.一种基于三维点云的谷物容积扫描系统，其特征在于，所述基于三维点云的谷物容积扫描系统包括：当前x轴坐标获取模块，用于根据运行组件的当前行进距离确定谷物测量点的当前x轴坐标；所述当前x轴坐标的方向为所述运行组件的当前行进方向；激光中心点坐标计算模块，用于根据谷物图像计算多个激光中心点的坐标；所述谷物图像为当前时刻激光照射谷物的图像；所述激光中心点为激光线在谷物深度方向的中心点；世界坐标确定模块，用于根据所述激光中心点的坐标以及所述谷物测量点的当前x轴坐标计算所述谷物测量点在世界坐标系下的坐标；判断模块，用于判断所述当前行进距离是否小于行进总距离，得到第一结果；容积计算模块，用于当所述第一结果为所述当前行进距离大于或等于所述行进总距离时，根据多个所述谷物测量点在世界坐标系下的坐标计算谷物容积；行进距离更新模块，用于当所述第一结果为所述当前行进距离小于所述行进总距离时，将所述当前行进距离更新为下一时刻行进距离，并返回所述当前x轴坐标获取模块。9.根据权利要求8所述的基于三维点云的谷物容积扫描系统，其特征在于，所述激光中心点坐标计算模块，具体包括：灰度图像矩阵确定子模块，用于根据谷物图像得到谷物灰度图像矩阵；中心点坐标计算子模块，用于根据公式计算得到激光中心点第一坐标；其中，c为激光中心点第一坐标，x
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为所述谷物灰度图像矩阵上灰度值大于或者等于第
一设定阈值的点在谷物深度方向的坐标，为所述谷物灰度图像矩阵上灰度值大于或者等于第一设定阈值的点在谷物深度方向的坐标的和；为所述谷物灰度图像矩阵中灰度值大于或者等于第一设定阈值的点的个数和，i0为第一设定阈值，为所述谷物灰度图像矩阵上的点的灰度值；激光中心点确定子模块，用于对多个所述激光中心点第一坐标进行插值处理，得到多个激光中心点的坐标。10.根据权利要求8所述的基于三维点云的谷物容积扫描系统，其特征在于，所述世界坐标确定模块，具体包括：变换关系确定子模块，用于标定图像获取组件，得到图像坐标系与世界坐标系的变换关系；世界坐标确定子模块，用于根据所述激光中心点的坐标、所述变换关系以及所述谷物测量点的当前x轴坐标计算所述谷物测量点在世界坐标系下的坐标。

技术总结
本发明涉及一种基于三维点云的谷物容积扫描装置、方法及系统，涉及谷物体积测量技术领域。所述基于三维点云的谷物容积扫描装置包括激光发射组件、图像获取组件、运行组件、主支架以及控制组件；运行组件设置在主支架上；激光发射组件设置在运行组件上，用于向谷物发射激光；图像获取组件设置在激光发射组件上，用于获取激光照射谷物的图像；控制组件分别与运行组件、图像获取组件连接，用于输出控制指令以控制运行组件运行，以及接收图像获取组件上传的激光照射谷物的图像，并对图像进行处理。本发明的装置不受容器容积限制，轻便可移动，降低了测量成本。降低了测量成本。降低了测量成本。


技术研发人员：金诚谦 蔡泽宇 杨腾祥 倪有亮 刘政 陈满 印祥
受保护的技术使用者：农业农村部南京农业机械化研究所
技术研发日：2021.06.03
技术公布日：2021/10/19