申请/专利权人：河北农业大学

申请日：2023-01-31

公开（公告）日：2024-01-12

公开（公告）号：CN116071417B

主分类号：G06T7/60

分类号：G06T7/60;G06T17/00;G06T7/33;G06T5/70;G06F17/18;A61B5/107;G01G17/08;G01G19/52;G01V1/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.01.12#授权;2023.05.23#实质审查的生效;2023.05.05#公开

摘要：本发明公开了一种基于AzureKinect的羊只体尺体重获取系统及方法，属于体尺体重测量技术领域。本发明的羊只体尺体重获取系统包括：检测通道及围栏、超声波触发装置、两个深度相机和计算机；所述检测通道和围栏构成半封闭式前进通道；所述超声波触发装置由两个超声波传感器和一块stm32单片机组成，两个超声波传感器设置到前进通道的前后两端，前端为超声波传感器a，后端为超声波传感器b；所述两个深度相机安装在围栏上。采用本发明的系统，可以通过非接触的方式，快速、精确地重建出目标区域的三维模型，且根据三维模型计算出羊只的体尺参数和预估出羊只的体重数据，算法简单，计算量小，且可以达到较高的精度。

主权项：1.一种基于AzureKinect的羊只体尺体重获取系统，其特征在于，包括：检测通道及围栏、超声波触发装置、两个深度相机和计算机；所述检测通道和围栏构成半封闭式前进通道；所述超声波触发装置由两个超声波传感器和一块单片机组成，两个超声波传感器设置到前进通道的前后两端，前端为超声波传感器a，后端为超声波传感器b；所述两个深度相机安装在围栏上；采用上述所述的系统进行，步骤包括：1系统启动后，打开深度相机使其处于等待拍摄的状态；2超声波触发装置判断是否有羊只通过，若有羊只通过，单片机向计算机发出信号，计算机控制深度相机拍照；3根据深度相机获取的深度数据得到三维点云数据；4点云数据处理：利用体素网格滤波算法对点云进行下采样，利用约束条件去除背景点云，利用统计滤波去除噪声点云；5点云数据融合：基于相机相对位置进行初始配准，利用ICP算法在初次配准的基础上进行精细配准；所述初始配准的步骤为：①左右两侧的深度相机坐标系分别围绕各自X轴向左和向右旋转θ角，直到Y轴处于垂直于水平面的位置，此时左侧和右侧的深度相机坐标系的Z轴方向分别为水平向右和向左，经过坐标系旋转，深度相机获取的点云坐标位置如公式5所示： 其中，xL，yL，zL和xR，yR，zR分别表示左右两侧深度相机获取点云的原始坐标，x′L，y′L，z′L和x′R，y'R，z′R分别表示左右两侧坐标转换后的坐标；②步骤①得到的右侧深度相机坐标系沿竖直方向的Y轴，在XOZ平面中沿顺时针方向旋转180°，然后取当前X轴的负方向为正方向，使右侧深度相机的坐标轴方向与世界坐标系方向一致，右侧深度相机获取的点云坐标位置如公式6所示： 其中，x″R，y″R，z″R为经过步骤②之后右侧深度相机获取的点云的坐标；③步骤②得到的右侧深度相机坐标系向左移动Δl，使之与左侧的深度相机转换后的坐标系及坐标原点重叠，右侧深度相机获取的点云坐标系位置如公式7所示：xT,yT,zT＝x″R,y″R,z″R-[0,0,Δl]7其中，x″R，y″R，z″R为经过步骤③之后右侧深度相机获取的点云的坐标；6利用RANSK算法去除两片点云中的地面点云；7获取羊只体尺，计算羊只体重；所述获取羊只体尺，包括如下步骤：①将羊只三维点云投影到XOY二维平面中，使得羊体朝向标准化，即头左，尾右为正方向；②提取羊只点云的轮廓，并使用高斯滤波去除噪声以及平滑轮廓曲线；③将轮廓划分为三个区间：x1，y1为羊只头顶坐标；x2，y2为羊只尾部坐标，x1+x22，y3、x1+x22，y4分别为水平中垂线与羊只躯干点云的交点坐标，x3，y5为y＝y4与羊只最左端的交点坐标；根据上述坐标点，利用公式10-12将羊只二维轮廓划分为3个区间，其中区间1包含左半部分背部点云，区间2包含胸部点云，区间3包含后半部分背部点云； ④用三次B样条曲线算法对区间轮廓进行曲线拟合，B样条曲线如公式13所示： 其中，P0、P1、P2、P3为控制点，t为自变量；⑤羊只体尺参数测量点提取：A.耆甲点在轮廓线上表现为羊只脖颈的凸出处，在B样条曲线上以波峰的形式表现，通过波峰、波谷检测法检测耆甲点xq，yq；B.采用局部曲率检测法，计算曲率最大的点即为坐骨端后缘点xzd，yzd，曲率采用海伦-秦九韶公式计算；C.坐骨结节最后隆突点xzt，yzt在背部右半侧最高处，在区间3中找到Y轴坐标的最大值；D.将区间2内数据点的首、尾点相连构成一条直线，计算区间2内的点到该条直线的距离，取距离最大的点作为肩胛前端测量点xjq，yjq；E.胸深测量点在耆甲点后端的腹部，计算方法如下：a.根据公式14筛选羊只轮廓线中所有符合要求的点； 其中，xq为耆甲点的横坐标；b对于步骤a中得到的点集中的任意一点x'，y'根据公式15规定的范围搜索纵坐标最大的对应点；按照这种方法对步骤a中所有点进行遍历，得到点集Pcm； 其中，为羊只三维模型的点云距离，如公式9所示；c.根据公式16和点集Pcm，得到胸深测量点坐标： 其中，xcd，ycd为胸深测量点坐标，xi,yi为点集Pcm的坐标，n为点集Pcm中点的数量；⑥根据得到的体尺参数测量点，利用公式17计算体高、体长、胸深、臀高： 其中，Lwh为体高，yd为地面所在平面的纵坐标，Lbl为体长，Lcd为胸深，LHh为臀高；使用三次B样条曲线拟合并补齐胸围轮廓，根据拟合后的轮廓曲线，利用欧式距离公式计算相邻两个点云之间的距离，最后将所有距离相加记为胸围，如公式18所示： 其中，LB为胸围，xm,ym，xm+1,ym+1为两个相邻的点云坐标；8返回步骤2，测量下一羊只体尺体重。

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