[發(fā)明專利]基于三維模擬的昆蟲識(shí)別裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611269850.7
• 申請(qǐng)日: 2016-12-30
• 公開（公告）號(hào): CN106846462B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳梅香;李明;楊信廷;趙麗;張睿珂;錢建平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心
• 主分類號(hào): G06T17/00
• 分類號(hào): G06T17/00;G06K9/00
• 代理公司: 11002 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 李相雨

1.一種基于三維模擬的昆蟲識(shí)別裝置，其特征在于，包括：

標(biāo)準(zhǔn)姿態(tài)昆蟲三維重建模塊，用于構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)姿態(tài)昆蟲三維模型庫；

昆蟲三維姿態(tài)信息獲取模塊，用于獲取待識(shí)別昆蟲的三維姿態(tài)信息以及待識(shí)別昆蟲的二維圖像特征信息；

三維模型變形模塊，用于對(duì)昆蟲三維模型進(jìn)行基于昆蟲翅膀以及軀干的變形以實(shí)現(xiàn)昆蟲任意姿態(tài)的模擬，得到昆蟲任意姿態(tài)的三維模型；

基于三維模型變形投影的昆蟲識(shí)別模塊，用于基于所述待識(shí)別昆蟲的三維姿態(tài)信息以及二維圖像特征信息進(jìn)行昆蟲種類的初步篩選，并在所述標(biāo)準(zhǔn)姿態(tài)昆蟲三維模型庫中根據(jù)初選的若干昆蟲種類選擇對(duì)應(yīng)種類的三維模型，并利用所述三維模型變形模塊對(duì)初選的若干昆蟲種類的三維模型分別進(jìn)行基于昆蟲翅膀以及軀干的變形，以實(shí)現(xiàn)每種類型昆蟲對(duì)應(yīng)姿態(tài)的模擬，得到每種類型昆蟲對(duì)應(yīng)姿態(tài)的三維模型；所述對(duì)應(yīng)姿態(tài)指與所述待識(shí)別昆蟲的三維姿態(tài)相同的姿態(tài)；

所述基于三維模型變形投影的昆蟲識(shí)別模塊，還用于基于每種類型昆蟲對(duì)應(yīng)姿態(tài)的三維模型，分別獲取與每種類型昆蟲對(duì)應(yīng)姿態(tài)的三維模型分別對(duì)應(yīng)的二維投影圖像，并分別計(jì)算所述待識(shí)別昆蟲的二維圖像特征信息與獲取的二維投影圖像特征信息之間的馬氏距離以獲取最小馬氏距離對(duì)應(yīng)的二維投影圖像，且將最小馬氏距離對(duì)應(yīng)的二維投影圖像所對(duì)應(yīng)的昆蟲類型作為所述待識(shí)別昆蟲的類型識(shí)別結(jié)果；

其中，所述昆蟲三維姿態(tài)信息獲取模塊，具體用于：采用昆蟲圖像獲取裝置獲取待識(shí)別昆蟲的三維姿態(tài)信息以及待識(shí)別昆蟲的二維圖像特征信息；

其中，所述昆蟲圖像獲取裝置，包括：昆蟲扎取單元和基于立體視覺的圖像采集單元；

其中，所述昆蟲扎取單元包括：底座、擺臂運(yùn)動(dòng)模塊、水平運(yùn)動(dòng)模塊、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊和扎蟲模塊；

所述擺臂運(yùn)動(dòng)模塊，固定在所述底座上，包括：第三電機(jī)、行星齒輪減速機(jī)、旋轉(zhuǎn)軸和支架，所述支架包括絲桿和螺母套；所述行星齒輪減速機(jī)與所述旋轉(zhuǎn)軸連接，所述第三電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)所述行星齒輪減速機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，由旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)所述扎蟲模塊做擺臂運(yùn)動(dòng)；

所述水平運(yùn)動(dòng)模塊，包括：依次連接的第二電機(jī)、傳動(dòng)軸、第一滾珠絲桿組件和伸縮臂；所述傳動(dòng)軸通過螺母套固定于所述支架上，所述第二電機(jī)用于帶動(dòng)所述傳動(dòng)軸，所述傳動(dòng)軸用于驅(qū)動(dòng)所述第一滾珠絲桿組件，所述第一滾珠絲桿組件用于帶動(dòng)所述伸縮臂進(jìn)行運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)所述扎蟲模塊的水平運(yùn)動(dòng)；

所述旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模塊，包括：第四電機(jī)、同步帶、同步輪和法蘭盤；所述第四電機(jī)通過所述同步帶帶動(dòng)所述同步輪轉(zhuǎn)動(dòng)，所述法蘭盤與所述同步輪連接，所述法蘭盤與所述扎蟲模塊連接，用于帶動(dòng)所述扎蟲模塊進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)；

所述扎蟲模塊，包括：針筒、第五電機(jī)、第二滾珠絲桿組件、推桿、彈簧、針桿、針固定槽和扎蟲針；所述第五電機(jī)與所述第二滾珠絲桿組件連接，所述第二滾珠絲桿組件與所述推桿連接，所述彈簧位于所述推桿與所述針桿之間，所述針固定槽位于所述針桿末端，用于固定所述扎蟲針，所述第五電機(jī)用于驅(qū)動(dòng)扎蟲針進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)不用高度昆蟲的扎取和脫落；

其中，所述基于立體視覺的圖像采集單元包括：云臺(tái)、光源、半圓形支架以及位于所述半圓形支架上的第一CCD、第二CCD、第三CCD；其中，第一CCD位于所述半圓形支架的斜上方位置、第二CCD位于所述半圓形支架的水平方向位置、所述第三CCD位于所述半圓形支架的斜下方位置；所述云臺(tái)與所述半圓形支架連接，用于固定所述第一CCD、第二CCD和第三CCD。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述標(biāo)準(zhǔn)姿態(tài)昆蟲三維重建模塊，具體用于：

應(yīng)用三維掃描儀或立體視覺或結(jié)構(gòu)光進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)姿態(tài)昆蟲三維點(diǎn)云的獲取；

選擇能夠保持昆蟲特征曲率采樣方法進(jìn)行昆蟲點(diǎn)云簡(jiǎn)化，對(duì)噪點(diǎn)進(jìn)行過濾，并采用無噪音降低方法對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行三角化封裝；

將昆蟲分割成軀干與4個(gè)翅膀，并通過孔洞修補(bǔ)和平滑處理的步驟進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格優(yōu)化；

經(jīng)紋理貼圖建立昆蟲各器官的三維模型，并通過網(wǎng)格融合、邏輯分析實(shí)現(xiàn)器官聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)昆蟲三維模型的構(gòu)建，得到構(gòu)建好的標(biāo)準(zhǔn)姿態(tài)昆蟲三維模型庫；

獲取標(biāo)準(zhǔn)姿態(tài)昆蟲器官尺度、整體尺度的三維模型的形態(tài)、顏色、紋理數(shù)據(jù)信息，并存入數(shù)據(jù)庫。