[发明专利]基于二维激光的果树冠层三维点云扫描系统及方法

说明书

一种基于二维激光的果树冠层三维点云扫描系统及方法，包括水平支架、钢丝、导轨、垂直支架、激光扫描仪安装座和激光扫描仪；水平支架呈矩形框架结构，垂直支架安装在水平支架的中部上，垂直支架分为左右相对称的左半部和右半部，左半部与水平支架的左端、右半部与水平支架的右端均通过钢丝连接；导轨位于左半部和右半部之间，垂直支架能够沿着导轨进行前后运动；激光扫描仪安装座具有L型截面，顶部安装在水平支架中，底部用于安装激光扫描仪，激光扫描仪安装座能够沿着水平支架进行水平运动。本发明能够实现二维激光扫描仪对果树冠层的三维点云扫描，降低了扫描的成本，并且提高了扫描的精度。

技术领域

本发明属于激光测量技术领域，具体涉及一种基于二维激光的果树冠层三维点云扫描系统及方法。

背景技术

由于病虫害、霜冻等引起的果树重栽，以及受土壤、光照等因素的影响，果树树冠的形状、尺寸会产生差异，果树形态特征与树的生长状况及产量直接相关，果树冠层形态参数测量在农药变量喷施、肥料精准施用和果产预估等领域具有重要的研究意义。采用激光测量技术是获取果树形态特征的一种重要方法，传统的激光测量系统结构复杂，对测量环境要求苛刻，重复性差，不能有效地获得果树冠层三维点云信息。

发明内容

本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于二维激光的果树冠层三维点云扫描系统及方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于二维激光的果树冠层三维点云扫描系统，其特征在于，包括：水平支架、钢丝、导轨、垂直支架、激光扫描仪安装座和激光扫描仪；所述水平支架呈矩形框架结构，所述垂直支架安装在水平支架的中部上，垂直支架分为左右相对称的左半部和右半部，所述左半部与水平支架的左端、右半部与水平支架的右端均通过钢丝连接；所述导轨位于左半部和右半部之间，垂直支架能够沿着导轨进行前后运动；所述激光扫描仪安装座具有L型截面，激光扫描仪安装座的顶部安装在水平支架中，激光扫描仪安装座的底部用于安装激光扫描仪，激光扫描仪安装座能够沿着水平支架进行水平运动。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

所述水平支架中安装有线性导轨、丝杠、滑块和步进电机一；所述线性导轨沿水平方向安装在水平支架的内侧，所述丝杠从水平支架的右侧穿过并固定在水平支架中，丝杠与线性导轨相平行，丝杠的右侧端部安装有步进电机一，所述步进电机一驱动丝杠的旋转，所述滑块的前端安装在丝杠上，滑块的后端与线性导轨相配合，使得滑块能够随着丝杠的旋转沿线性导轨水平运动，滑块与激光扫描仪安装座的顶部相连。

所述导轨具有工字型截面，左半部的顶部靠导轨侧、右半部的顶部靠导轨侧均安装有滑轮，所述滑轮与导轨相配合，滑轮带动垂直支架沿导轨上运动。

所述滑轮处安装有驱动滑轮滚动的电机，所述电机通过电缆线与控制器相连。

所述激光扫描仪安装座顶部安装有步进电机二，所述步进电机二驱动激光扫描仪安装座的自转。

此外，还提出了一种采用上述基于二维激光的果树冠层三维点云扫描系统的扫描方法，其特征在于，包括如下步骤：

激光扫描仪对区域内各点进行扫描后，进行数据采集，包括激光扫描仪与靶标物之间的距离、激光线与垂直Y轴的角度、两次扫描的间隔时间和激光扫描仪在Z方向的移动速度值；

将十六进制的距离和角度转换为十进制数据矩阵，并通过坐标变换得到X坐标矩阵和Y坐标矩阵；

根据时间和速度值，计算得到Z坐标矩阵；

对X坐标矩阵、Y坐标矩阵和Z坐标矩阵进行消除环境点处理，分别得到靶标物X坐标矩阵、靶标物Y坐标矩阵和靶标物Z坐标矩阵；

基于靶标物X坐标矩阵、靶标物Y坐标矩阵和靶标物Z坐标矩阵，生成点云。