[实用新型]基于RGB-D相机的马铃薯图像采集装置

说明书

本实用新型涉及一种基于RGB‑D相机的马铃薯图像采集装置，包括图像采集模块、光源、样本托、暗箱、电缆和计算机；图像采集模块包括三个RGB‑D相机；样本托位于暗箱底板中心位置，样本托的中心轴与暗箱的底板平面垂直；马铃薯样本的尾部与样本托接触，贯穿马铃薯样本顶部到尾部的中心轴与样本托的中心轴重合；图像采集模块固定在样本托上方且与样本托的中心轴垂直的平面上，三个相机分别固定在以样本托的中心轴与图像采集模块所在平面的交点为圆心的圆周上，每个相机的镜头平面与样本托的中心轴间的夹角相等，且范围为10°～45°。光源固定在图像采集模块的上方，光源所在平面的中心垂线与样本托的中心轴重合；图像采集模块和计算机通过电缆相连接。

技术领域

本实用新型涉及一种马铃薯图像采集装置，尤其是一种基于多视角RGB-D相机的马铃薯图像采集装置。

背景技术

马铃薯是世界上除小麦、玉米和水稻之外的第四大粮食作物。在中国，为了大力推进马铃薯的主粮化进程，在生产环节，采取了大量措施以提高马铃薯的种植面积、单产水平和总产量，促进了马铃薯生产全过程中耕种和收获阶段的机械化与自动化的大力发展，但是马铃薯种薯播前处理阶段的自动化水平还不够高。

在马铃薯种植中，优质的种薯是获得高产的基本保障。经研究，用于播种的种薯，单个重量50～70g时可获得较高的产出，单个重量>70g时增产效果不明显，但是成本增加，因此大种薯直接用于播种造成了原料浪费和经济损失。生产适宜大小的种薯需要控制播种密度，且易受品种、土壤环境、气候条件和耕作制度等多种因素的影响，其成熟的技术在中国尚未大面积普及，因此中国用于播种的马铃薯存在大量大种薯。在播种前可对大种薯进行切块处理，其优势是，能促进块茎内外的氧气交换，破除休眠，使种薯提早发芽出苗，苗齐、苗壮，有利于缩短马铃薯的生长期；且可以充分利用芽眼，降低成本，提高经济效益。

根据观察总结，芽眼在马铃薯表面的分布规律为：顶部芽眼较密集，而尾部几乎没有芽眼；顶部到尾部间的区域所分布的芽眼为侧芽，侧芽数量从顶部到尾部逐渐减少。

目前，马铃薯种薯的切块方式主要有人工切块和机械切块两种。人工切块是由人眼观察种薯芽眼的分布，然后判断切块路径并人工执行。这种切块方式依赖工作人员的经验判断，种薯芽眼利用率不稳定，且劳动强度大，工作效率低，人工成本高。机械切块相对人工切块提高了切块速度，但是切块前缺乏对种薯芽眼位置的智能识别，所得薯块上随机的存在0个或多个芽眼，需要人工进一步分拣剔除，工作效率较低，且造成了一定量的种薯浪费。

因此，马铃薯种薯的芽眼识别及定位对实现自动化切块具有重要意义。

郁志宏等(郁志宏,郝慧灵,张宝超.基于欧氏距离的发芽马铃薯无损检测研究[J].农机化研究,2015,37(11):174-177.)基于机器视觉系统采集发芽马铃薯的二维图像，然后利用欧氏距离的算法分割并标记出发芽部位，识别正确率达94％。

田海韬(田海韬,赵军,蒲富鹏.马铃薯芽眼图像的分割与定位方法[J].浙江农业学报,2016,28(11):1947-1953.)等基于马铃薯的二维图像识别芽眼。首先使用欧氏距离算法在彩色空间图像上分割芽眼区域，同时对灰度空间图像进行图像模糊增强以后采用动态阈值法分割芽眼区域，结合两个空间的分割结果定位出芽眼的位置，识别正确率达到96％。

上述研究从二维图像的角度识别并定位马铃薯芽眼，达到了较好的效果。但是马铃薯具备三维立体结构，将二维图像上的识别结果直接应用到马铃薯切块会产生一定的误差。因此，在基于二维图定位马铃薯芽眼的基础上，将其投影到三维空间，从而获得芽眼相对于马铃薯样本的三维坐标是有必要的。

公布号为CN108053485A的专利公开了“一种基于轮廓图像的马铃薯三维建模方法”，通过提取视角相互垂直的两组二维图像轮廓上的角点，并筛选得到特征点。用特征点建模生成马铃薯外形骨架，从而创建和拾取闭合曲面，实体化得到三维模型。