[發(fā)明專利]基于雙視角深度相機(jī)的羊只三維體尺參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)裝置及檢測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310065038.6
• 申請(qǐng)日: 2023-02-06
• 公開（公告）號(hào): CN116182736A
• 公開（公告）日: 2023-05-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱崗;賀德華;張科;黃德利;肖相勇;梁德富;陳宏廷;黃茂俠;陳悅;熊婷;簡(jiǎn)燕娟;彭家俊;王雪玫
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶騰達(dá)牧業(yè)股份有限公司
• 主分類號(hào): G01B11/24
• 分類號(hào): G01B11/24
• 代理公司: 重慶忠言智匯專利代理事務(wù)所(普通合伙) 50290
• 代理人: 何君蘋

1.基于雙視角深度相機(jī)的羊只三維體尺參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)裝置，其特征在于，包括測(cè)量通道和若干深度相機(jī)，在測(cè)量通道的頂部和側(cè)部分別設(shè)置有所述深度相機(jī)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙視角深度相機(jī)的羊只三維體尺參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)裝置，其特征在于：所述測(cè)量通道包括左右并列設(shè)置的側(cè)圍欄，所述側(cè)圍欄之間通過電驅(qū)裝置調(diào)節(jié)寬度。根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙視角深度相機(jī)的羊只三維體尺參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)裝置，其特征在于：所述深度相機(jī)通過XYZ三坐標(biāo)機(jī)械臂固定于所述測(cè)量通道。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙視角深度相機(jī)的羊只三維體尺參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，其特征在于：包括如下步驟：

S1通過深度相機(jī)采集羊只的點(diǎn)云；

S2對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理，包括：范圍選擇、數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)、噪聲消除、點(diǎn)云拼接和傾斜校正；

S3體尺提取，根據(jù)羊只體尺定義從三維點(diǎn)云中定位特征點(diǎn)，并提取體尺參數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙視角深度相機(jī)的羊只三維體尺參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，其特征在于：步驟S2的范圍選擇：在測(cè)量之前可以在X，Y和Z方向上進(jìn)行直通濾波，刪除取值范圍區(qū)域外的數(shù)據(jù)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙視角深度相機(jī)的羊只三維體尺參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，其特征在于：步驟S2的噪聲消除：以點(diǎn)云中每個(gè)點(diǎn)為中心，設(shè)置一個(gè)確定的濾波半徑r，統(tǒng)計(jì)該鄰域內(nèi)離散點(diǎn)的數(shù)量N，若鄰域內(nèi)的臨近點(diǎn)數(shù)量超過一個(gè)閾值N_th，則認(rèn)為該點(diǎn)為羊只外形輪廓上的點(diǎn)；否則，則認(rèn)為是噪聲點(diǎn)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙視角深度相機(jī)的羊只三維體尺參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，其特征在于：步驟S2的點(diǎn)云拼接：

在頂部的深度相機(jī)和側(cè)部的深度相機(jī)采集的點(diǎn)云屬于不同的相機(jī)坐標(biāo)系；

在頂部的深度相機(jī)和側(cè)部的深度相機(jī)共同視野下放置3個(gè)球體，采用基于隨機(jī)采樣一致性算法在各自的坐標(biāo)系下識(shí)別出球體，然后求得3個(gè)球心的坐標(biāo)，利用奇異值分解實(shí)現(xiàn)剛體變換參數(shù)，即通過頂部的深度相機(jī)和側(cè)部的深度相機(jī)采集的點(diǎn)云的相機(jī)坐標(biāo)系中的3個(gè)對(duì)應(yīng)的球心坐標(biāo)點(diǎn)，完成深度相機(jī)坐標(biāo)軸之間的變換矩陣的估計(jì)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙視角深度相機(jī)的羊只三維體尺參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，其特征在于：步驟S2的點(diǎn)云拼接：

設(shè)兩組球心坐標(biāo)點(diǎn)集分別為A和B，將A變換到B可以表示為：

B＝R×A+t

式中，R為3*3旋轉(zhuǎn)矩陣，t為3*1平移矩陣；

通過計(jì)算點(diǎn)集合的中心點(diǎn)將點(diǎn)集合移動(dòng)到原點(diǎn)，計(jì)算最優(yōu)旋轉(zhuǎn)矩陣R；

式中，C_A、C_B分別為點(diǎn)集A、B的中心點(diǎn)；分別為點(diǎn)集A、B的各個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)；

將點(diǎn)集重新中心化，生成新點(diǎn)集合A'和B'，然后計(jì)算點(diǎn)集之間的協(xié)方差矩陣，先將點(diǎn)集重新中心化；

計(jì)算點(diǎn)集A'和B'之間的協(xié)方差矩陣；

通過對(duì)獲得矩陣的H進(jìn)行奇異值分解H＝UMV^T，計(jì)算點(diǎn)集之間的旋轉(zhuǎn)矩陣R＝VU^T；求得旋轉(zhuǎn)矩陣R后可很容易計(jì)算平移矩陣t＝-R×C_A+C_B，最終可求得集合A'和B'之間的變換矩陣為：

側(cè)視相機(jī)坐標(biāo)系C₁為基準(zhǔn)，俯視相機(jī)坐標(biāo)系C₂下點(diǎn)云通過矩陣T變換到C₁下，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云間的配準(zhǔn)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙視角深度相機(jī)的羊只三維體尺參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，其特征在于：步驟S2的傾斜矯正：頂部的深度相機(jī)獲得羊只俯視點(diǎn)云，將羊只俯視點(diǎn)云投影到水平面，利用主成分分析計(jì)算點(diǎn)云的質(zhì)心和協(xié)方差矩陣，得到點(diǎn)云的特征向量即主方向；計(jì)算主方向與X軸的夾角θ；然后以俯視點(diǎn)云的質(zhì)心為中心，將合成點(diǎn)云的所有點(diǎn)旋轉(zhuǎn)角度θ，以完成合成點(diǎn)云的傾斜校正。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙視角深度相機(jī)的羊只三維體尺參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，其特征在于：步驟S3體尺參數(shù)的提取：將羊的軀干點(diǎn)云分割為3個(gè)局部區(qū)域，在各個(gè)區(qū)域內(nèi)分別尋找體尺參數(shù)的特征點(diǎn)；

羊只各部位區(qū)域劃分：羊只自尾部向頭開始包括區(qū)域I、區(qū)域II和區(qū)域III，其中坐骨結(jié)節(jié)點(diǎn)在區(qū)域I；腹寬測(cè)點(diǎn)在區(qū)域II；耆甲點(diǎn)、肩胛骨前緣、胸寬測(cè)點(diǎn)以及管圍測(cè)點(diǎn)在區(qū)域III；

坐標(biāo)軸方向：羊只的前后方向?yàn)閄軸，上下方向?yàn)閅軸，左右方向?yàn)閆軸；

體長(zhǎng)、體高、胸寬和腹寬通過對(duì)應(yīng)體尺特征點(diǎn)之間的距離實(shí)現(xiàn)測(cè)量；

利用點(diǎn)云數(shù)據(jù)上對(duì)應(yīng)體尺測(cè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，體長(zhǎng)、體高、胸寬和腹寬的歐氏距離計(jì)算公式為：

l_d為兩測(cè)點(diǎn)間的距離，(x_i,y_i,z_i)和(x_j,y_j,z_j)分別為測(cè)點(diǎn)i、j的三維坐標(biāo)。

根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙視角深度相機(jī)的羊只三維體尺參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)裝置的檢測(cè)方法，其特征在于：體長(zhǎng)：將羊只點(diǎn)云投影到xOy平面，取III區(qū)域頭部最左點(diǎn)與前蹄最左點(diǎn)建立直線方程，設(shè)為基準(zhǔn)線l₁，分別計(jì)算點(diǎn)云左側(cè)輪廓上各點(diǎn)到基準(zhǔn)線l₁的距離，其距離變化趨勢(shì)為波峰-波谷-波峰，而肩胛骨前緣凸點(diǎn)到l₁的距離對(duì)應(yīng)為波谷位置；

對(duì)羊只的尾部進(jìn)行定位，然后從羊只尾部開始，沿順時(shí)針方向搜索羊只輪廓的第一個(gè)凸點(diǎn)作為坐骨結(jié)節(jié)后緣；肩胛骨前緣凸點(diǎn)和坐骨結(jié)節(jié)后緣點(diǎn)確定后，即可獲得體長(zhǎng)；

體高：將點(diǎn)云投影到xOy平面，在區(qū)域III內(nèi)直接提取羊只的背部輪廓線，從右往左獲得的第一個(gè)凸點(diǎn)即為耆甲頂點(diǎn)，耆甲頂點(diǎn)到地面的垂直高度即為體高；

胸寬：將俯視點(diǎn)云投影到xOz平面，在區(qū)域III內(nèi)以固定增量△x1，沿x軸方向?qū)c(diǎn)云進(jìn)行分段，統(tǒng)計(jì)每段內(nèi)三維坐標(biāo)點(diǎn)的Z方向分布范圍，最大分布范圍即為胸寬；

腹寬：在區(qū)域II內(nèi)以固定增量△x2，沿x軸方向?qū)c(diǎn)云進(jìn)行分段，統(tǒng)計(jì)每段內(nèi)三維坐標(biāo)點(diǎn)的Z方向分布范圍，最大分布范圍即為腹寬；

胸圍：確定肩胛骨后緣的位置，肩胛骨后緣為前肢與腹部的交界處；在區(qū)域III內(nèi)以固定增量△x3，沿x軸負(fù)方向?qū)c(diǎn)云進(jìn)行分段，統(tǒng)計(jì)每段內(nèi)三維坐標(biāo)點(diǎn)的數(shù)量；在x負(fù)方向空間點(diǎn)的數(shù)量突然有一個(gè)急劇的增加位置即為肩胛骨后緣點(diǎn)x_h；其次，提取x坐標(biāo)介于[x_h,x_h+△x3]的所有點(diǎn)，并向yOz方向進(jìn)行投影；最后，由于兩個(gè)視角的三維相機(jī)已經(jīng)獲得了羊的背部和左側(cè)的三維點(diǎn)云，對(duì)該段內(nèi)的離散點(diǎn)進(jìn)行橢圓擬合，并計(jì)算擬合橢圓的周長(zhǎng)，即可獲得羊的胸圍；

管圍：首先提取羊的背部點(diǎn)云中心，在區(qū)域III內(nèi)的點(diǎn)云中刪除所有z坐標(biāo)大于z₁的空間點(diǎn)，只留下羊的左側(cè)部分點(diǎn)云；其次，從地面開始，沿y軸方向，以△y1為間隔，對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行分段，統(tǒng)計(jì)每段內(nèi)三維坐標(biāo)點(diǎn)的y坐標(biāo)的分布范圍，分布范圍最小的即為左前肢腕關(guān)節(jié)下掌骨最細(xì)部位y_g，提取y坐標(biāo)值分布在[y_g,y_g+△y1]的所有空間點(diǎn)，并將其投影到xOz平面；最后，對(duì)這些離散點(diǎn)進(jìn)行圓形擬合，擬合的圓的周長(zhǎng)即為羊的管圍。