蔡泽宇,陈满,杨腾祥,金诚谦

(农业农村部南京农业机械化研究所,江苏 南京210014)

谷物容积的精确测量在联合收割机的产量监测[1]、带式输送机[2]和螺旋输送机[3]的谷物流量测量、粮仓的储藏管理[4-5]和谷粒三维(3D)模型研究[6]中应用广泛。谷物容积的测量原理分为接触式和非接触式,接触式如测产用的桨轮式[7],非接触式包括激光法、光电漫反射式、图像视觉方法和超声波测量法[8]。光电漫反射式被用在联合收割机的产量监测上,通过传感器测得刮板上谷物的高度,再根据容积模型计算出谷物的容积[9]。超声波测量主要用在果树[10]和林业[11]的冠层体积计算。图像视觉方法通过多幅图像的拼接或直接处理,用来测量农产品的表面积和体积及对农产品分级[12]。谷物表面呈现不规则特征,光电漫反射式无法直接准确测量不规则的容积,而通过理论模型对测量结果进行修正,则会增加实时测量的不确定性,导致测量结果存在较大的随机误差;超声波测量法存在对距离敏感、采样频率较低等问题;图像视觉方法则受光照条件的影响,无法保证稳定性。

激光法测量体积早已应用到林木冠层参数的测量[13-15]、作物表面模型的建立[16-17]和联合收割机产量监测[18]中。通过激光与图像配合的方式可以获得较高精度的物体表面的三维点云[19-21],再利用点云的三维坐标可以计算获得被测对象的体积[22-24],同时利用三维点云的坐标可以进行三维重构获得被测对象的三维模型[25]。……