三维点云数据采集装置、作物表型获取方法及装置

1.本发明涉及智慧农业技术领域，尤其涉及一种三维点云数据采集装置、作物表型获取方法及装置。


背景技术：

2.通常情况下，不同种类的作物或同一种类不同生育期的作物，具有不同的生长状态。
3.但是，现有技术中难以灵活地、准确地获取不同种类的作物或同一种类不同生育期的作物的三维点云数据。
4.因此，如何更灵活、更准确地获取不同种类的作物或同一种类不同生育期的作物的三维点云数据，是本领域亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种三维点云数据采集装置、作物表型获取方法及装置，用以解决现有技术中难以灵活地、准确地获取不同种类的作物或同一种类不同生育期的作物的三维点云数据的缺陷，实现更灵活、更准确地获取不同种类的作物或同一种类不同生育期的作物的三维点云数据。
6.本发明提供一种三维点云数据采集装置，包括：行走机构、支撑结构、第一滑轨、第一滑块、雷达传感器、控制器以及通信模组；所述行走机构与所述支撑结构连接；所述控制器设置于所述支撑结构上；所述行走机构和所述第一滑块分别与所述控制器电连接；所述控制器和所述用户终端通过所述通信模组通信连接；所述第一滑轨垂直于第一方向设置于所述支撑结构上；所述第一滑块沿所述第一滑轨的延伸方向可移动的设置在所述第一滑轨上；所述雷达传感器朝向竖直向下方向设置于所述第一滑块上；所述雷达传感器与所述控制器和所述通信模组通信连接；所述雷达传感器用于响应于所述控制器的控制，进行点云数据的采集或停止点云数据的采集，并将采集到的原始点云数据通过所述通信模组发送至所述用户终端；所述控制器用于在确定所述支撑结构到达目标区域内第i行走位置的情况下，控制所述第一滑块带动所述雷达传感器由所述第一滑轨的一端匀速滑动至另一端，以及控制所述雷达传感器在所述第一滑块由所述第一滑轨的一端匀速滑动至另一端的过程中进行点云数据的采集，所述控制器还用于在确定所述第一滑块已由所述第一滑轨的一端匀速滑动至另一端的情况下，控制所述行走机构带动所述支撑结构由所述第i行走位置移动至所述目标区域内的第i+1行走位置，所述第i+1行走位置位于所述第i行走位置在所述第一方向上的预设距离处，i依次取0,1,2,
…
,i，i为大于1的正整数，第0行走位置为所述目标区域的起始
行走位置，第i行走位置为所述目标区域的终止行走位置。
7.根据本发明提供的一种三维点云数据采集装置，还包括：第二滑轨和第二滑块；所述第二滑轨垂直于所述第一滑轨设置于所述支撑结构上；所述第二滑块沿所述第二滑轨的延伸方向可移动的设置在所述第二滑轨上；所述第二滑块与所述第一滑轨连接；所述第二滑块与所述控制器通信连接；所述第二滑块用于响应于所述控制器的控制，带动所述第一滑轨沿所述第二滑轨由当前所在的预设停留位置滑动至另一预设停留位置；所述控制器还用于在确定所述支撑结构到达所述第i行走位置且所述第一滑轨位于任一预设停留位置的情况下，控制所述第一滑块带动所述雷达传感器由所述第一滑轨的一端匀速滑动至另一端，以及控制所述雷达传感器在由所述第一滑轨的一端匀速滑动至另一端的过程中进行点云数据的采集，所述控制器还用于在确定所述第一滑块已由所述第一滑轨的一端匀速滑动至另一端的情况下，控制所述第二滑块带动所述第一滑轨当前所在的预设停留位置滑动至另一预设停留位置，所述控制器还用于在确定所述第一滑轨位于每一所述预设停留位置处，所述第一滑块均已由所述第一滑轨的一端匀速滑动至另一端的情况下，控制所述行走机构带动所述支撑结构由第i行走位置移动至第i+1行走位置。
8.根据本发明提供的一种三维点云数据采集装置，所述第二滑轨和所述第二滑块的数量均为2个；两个所述第二滑轨平行间隔设置；每一所述第二滑块沿每一所述第二滑轨的延伸方向可移动的设置在每一所述第二滑轨上；所述第一滑轨的一端设置于一个所述第二滑块上，所述第一滑轨的另一端设置于另一个所述第二滑块上。
9.根据本发明提供的一种三维点云数据采集装置，所述行走机构包括四个伸缩支架、四个车轮、四个行走电机和四个转向电机；各所述伸缩支架、各所述行走电机和各所述转向电机与所述控制器电连接；任一车轮与一个伸缩支架的一端转动连接；任一伸缩支架的另一端与所述支撑结构转动连接；任一行走电机与一个所述车轮电连接，所述任一行走电机用于响应于所述控制器的控制，驱动所述车轮转动；任一转向电机与一个伸缩支架电连接，所述任一转向电机用于响应于所述控制器的控制，驱动所述伸缩支架转动；各所述伸缩支架还用于响应于所述控制器的控制伸长或缩短。
10.根据本发明提供的一种三维点云数据采集装置，还包括：定位设备；所述定位设备设置于所述支撑结构上；所述定位设备与所述控制器电连接；所述定位设备用于获取所述支撑结构的实时位置信息，并将所述实时位置信息发送至所述控制器；所述控制器还用于接收所述实时位置信息，并基于所述实时位置信息确定所述支撑结构是否到达所述第i行走位置以及对所述行走机构进行控制。
11.根据本发明提供的一种三维点云数据采集装置，还包括：所述用户终端。
12.根据本发明提供的一种三维点云数据采集装置，所述控制器还用于在确定所述支撑结构位于第i行走位置处所述第一滑块已由所述第一滑轨的一端匀速滑动至另一端的情况下，通过所述通信模组向所述用户终端发送目标信息，以供所述用户终端在接收到所述目标信息的情况下，基于接收到的所有原始点云数据，获取所述目标区域对应的三维点云区块。
13.根据本发明提供的一种三维点云数据采集装置，所述用户终端基于接收到的所有原始点云数据，获取目标区域对应的三维点云区块，包括如下步骤：基于预设速度以及所述预设距离，对所述所有原始点云数据进行坐标系转换，获取每一行走位置对应的三维点云区块，所述第一滑块由所述第一滑轨的一端匀速滑动至另一端的速度为所述预设速度；对每一行走位置对应的三维点云区块进行粗配准之后，按照所述第一方向上各行走位置的排列顺序，基于迭代最近点算法，依次对每相邻两个行走位置对应的三维点云区块进行精配准，获得配准后的每一行走位置对应的三维点云区块；按照所述第一方向上各行走位置的排列顺序，依次拼接配准后的各行走位置对应的三维点云区块，获得所述目标区域对应的三维点云区块。
14.根据本发明提供的一种三维点云数据采集装置，所述用户终端还用于基于所述目标区域对应的三维点云区块，获取所述目标区域中作物的表型参数。
15.本发明还提供一种基于上所述的三维点云数据采集装置实现的作物表型获取方法，包括：接收原始点云数据；在接收到目标信息的情况下，基于接收到的所有原始点云数据，获取目标区域对应的三维点云区块；基于所述目标区域对应的三维点云区块，获取所述目标区域中作物的表型参数。
16.根据本发明提供的一种作物表型获取方法，所述基于接收到的所有原始点云数据，获取目标区域对应的三维点云区块，包括：获取预设速度和预设距离；基于所述预设速度以及预设距离，对所述所有原始点云数据进行坐标系转换，获取每一行走位置对应的三维点云区块；对每一行走位置对应的三维点云区块进行粗配准之后，按照所述第一方向上各行走位置的排列顺序，基于迭代最近点算法，依次对每相邻两个行走位置对应的三维点云区块进行精配准，获得配准后的每一行走位置对应的三维点云区块；按照所述第一方向上各行走位置的排列顺序，依次拼接配准后的各行走位置对应的三维点云区块，获得所述目标区域对应的三维点云区块。
17.本发明还提供一种的作物表型获取装置，包括：数据获取模块，用于接收原始点云数据；点云处理模块，用于在接收到目标信息的情况下，基于接收到的所有原始点云数据，获取目标区域对应的三维点云区块；表型获取模块，用于基于所述目标区域对应的三维点云区块，获取所述目标区域中作物的表型参数。
18.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述作物表型获取方法。
19.本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述作物表型获取方法。
20.本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述作物表型获取方法。
21.本发明提供的三维点云数据采集装置、作物表型获取方法及装置，三维点云数据采集装置定点移动，三维点云数据采集装置中的雷达传感器，能在垂直于三维点云数据采集装置的行进方向的方向上均速滑动采集三维点云数据，能多位置、多视角的采集作物的三维点云数据，雷达传感器在进行三维点云数据采集的过程中三维点云数据采集装置处于静止状态，能避免三维点云数据采集装置在移动时产生的震动和颠簸，影响雷达传感器采集到的三维点云数据的准确率，能更灵活、更准确地获取不同种类的作物或同一种类不同生育期的作物的三维点云数据，能为作物长势长相监测与诊断、遗传育种的辅助与筛选以及作物精准化管理等研究和应用等提供数据支撑，本发明实施例中的三维点云数据采集装置，适用于温室及大田作物的三维点云数据的采集，具有体积小、移动灵活、越野性能佳以及自动化程度高等优点。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
23.图1是本发明提供的三维点云数据采集装置的结构示意图之一；图2是本发明提供的三维点云数据采集装置的结构示意图之二；图3是本发明提供的三维点云数据采集装置的行走示意图；图4是本发明提供的作物表型获取方法的流程示意图之一；图5是本发明提供的作物表型获取方法的流程示意图之二；图6是本发明提供的作物表型获取装置的结构示意图；图7是本发明提供的电子设备的结构示意图。
24.附图标记：1：支撑结构；2：行走机构；3：行走电机；4：车轮；5：第二滑轨；6：第二滑块；7：雷达传感器；8：电源模组；9：定位设备；10：通信模组；11：控制器；12：第一滑块；13：转向电机；14：第一滑轨；15：伸缩支架。
具体实施方式
25.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳
动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
27.需要说明的是，作物表型获取装置是一种可以智能采集作物表型的装置。目前温室内常用的作物表型获取装置包括：轨道式作物表型获取装置、移动式作物表型获取装置、定点式作物表型获取装置、便携式作物表型获取装置以及微观显微式作物表型获取装置等。
28.移动式作物表型获取装置以其高灵活性和低成本等优点，在作物育种和农业研究中受到了较大关注。如何利用移动式作物表型获取装置快速、准确和高效地获取作物表型，对于作物长势长相监测与诊断、遗传育种的辅助与筛选以及作物精准化管理等研究和应用等具有重要意义。
29.相关技术中，可以用于获取作物三维信息的传感器包括：双目相机、深度相机、激光雷达以及多视角相机等。利用上述传感器采集到的作物三维信息，可以基于双目立体视觉、结构光、飞行时间（time of flight，tof）以及多视角立体重建（mvs）等原理获取作物表型。因此，上述传感器广泛应用于三维点云数据采集装置中。
30.通常情况下，不同种类的作物或同一种类不同生育期的作物，具有不同的生长状态。但传统的三维信息采集装置中上述传感器的位置通常是固定的，传统的三维信息采集装置采集作物三维信息时的视角单一，并易出现上述传感器被低垂的作物叶片遮挡的情况，导致传统的三维信息采集装置难以灵活、准确地获取不同种类的作物或同一种类不同生育期的作物的三维信息，进而难以准确地获取不同种类的作物或同一种类不同生育期的作物的表型参数。
31.为传统的三维信息采集装置配置多台不同视角的上述传感器，可以更灵活、更准确地获取不同种类作物或同一种类不同生育期作物的三维信息，但为传统的三维信息采集装置配置多台不同视角的上述传感器需要投入较高的设备成本，且后续计算量较大，数据处理困难。
32.并且，传统的三维信息采集装置通常在行走过程中获取作物的三维信息，但是传统的三维信息采集装置在作物种植地中移动时产生的震动和颠簸，会降低传统的三维信息采集装置获取到的作物三维信息的准确率，以及造成slam建图丢失或漂移等问题，进而会降低基于上述作物三维信息计算得到的作物表型的准确率。
33.针对相关技术中缺乏高稳定性、高灵活性、高准确率且低成本的三维信息采集装置的现状，以及作物表型的连续动态监测的需求，本发明提供一种三维点云数据采集装置。本发明提供的三维点云数据采集装置，适用于温室及大田作物的三维点云数据的采集，具有体积小、移动灵活、越野性能佳以及自动化程度高等优点，能更准确、更灵活获取不同种类作物或同一种类不同生育期作物的三维点云数据，进而能更准确、更灵活获取不同种类作物或同一种类不同生育期作物的表型，大大减少了测量人员的工作量并避免了测量主观性，能为作物长势长相监测与诊断、遗传育种的辅助与筛选以及作物精准化管理等研究和
应用等提供数据支撑。
34.图1是本发明提供的三维点云数据采集装置的结构示意图之一。图2是本发明提供的三维点云数据采集装置的结构示意图之二。下面结合图1和图2对本发明提供的三维点云数据采集装置进行描述。如图1和图2所示，该装置包括：行走机构2、支撑结构1、第一滑轨14、第一滑块12、雷达传感器7、控制器11以及通信模组10；行走机构2与支撑结构1连接；控制器11设置于支撑结构1上；行走机构2和第一滑块12分别与控制器11电连接；控制器11和用户终端通过通信模组10通信连接。
35.图3是本发明提供的三维点云数据采集装置的行走示意图。如图3所示，待测区域为本发明提供的三维点云数据采集装置的采集对象。待测区域可以为方形区域。待测区域内种植有多列作物，待测区域内任意相邻两列作物之间相互平行，待测区域内任意相邻两列作物之间间隔有一定距离，以供本发明提供的三维点云数据采集装置行走。
36.本发明实施例中可以将待测区域内任意一列作物，确定为目标列作物，将目标列作物所在的区域确定为目标区域。
37.可以理解的是，上述目标区域为长条形区域。
38.本发明实施例中可以将上述目标区域长边方向上的一条边界，确定为上述目标区域的起始行走位置，将上述目标区域长边方向上的另一条边界，确定为上述目标区域的终止行走位置。
39.本发明实施例中将与上述目标区域的长边平行且由上述目标区域的起始位置指向终止位置的方向，确定为第一方向。
40.可以理解的是，本发明实施例中将三维点云数据采集装置的行走方向，即为上述第一方向。
41.本发明实施例中支撑结构1的主体材料为不锈钢，部分材料为铝合金以减轻支撑结构1的重量。本发明实施例中三维点云数据采集装置的整机重量为200kg。
42.作为一个可选地实施例，行走机构2包括四个伸缩支架15、四个车轮4、四个行走电机3和四个转向电机13；各伸缩支架15、各行走电机3和各转向电机13与控制器11电连接；任一车轮4与一个伸缩支架15的一端转动连接；任一伸缩支架15的另一端与支撑结构1转动连接；任一行走电机3与一个车轮4电连接，任一行走电机3用于响应于控制器11的控制，驱动车轮4转动；任一转向电机13与一个伸缩支架15电连接，任一转向电机13用于响应于控制器11的控制，驱动伸缩支架15转动；各伸缩支架15还用于响应于控制器11的控制伸长或缩短。
43.具体地，为了带动支撑结构1平稳的移动，行走机构2采用四轮驱动的对称式布局，行走机构2包括四个伸缩支架15、四个车轮4、四个独立的无刷电机（行走电机3）和四个独立的转向电机13。
44.本发明实施例中的支撑结构1可以为方形，任一支架的一端可以与支撑结构1的一角转动连接。任一轮胎与一个支架的另一端转动连接。
45.每个车轮4都由各自独立的无刷电机驱动，四个支架也由各自独立的四个转向电机13驱动，从而带动车轮4进行转向。
46.行走机构2采取前后轮同向的四轮转向和前轮转向这两种方案。可根据使用场景的不同通过遥控器切换转向方案，使用前后轮同向的转向时，转弯半径比较小，可在狭窄空间内完成变向平移，当使用前轮转向时，转弯半径较大，可调整车体的朝向。
47.行走机构2可以通过一个arduino控制板、四个绝对值编码器和控制器11构成闭环控制系统。控制器11可以通过编码器、arduino控制板来控制四个车轮4的转向。控制器11还可以通过控制四个车轮4的无刷电机来控制四个车轮的转动。
48.编码器、驱动器、arduino控制板与控制器11之间采用rs485通信。
49.可选地，车轮4可以为实心轮胎。车轮4的材料可以为实心橡胶。车轮4的外径可以为660mm，胎宽可以为35mm。较窄的胎宽可使三维点云数据采集装置可以在作物之间灵活的穿行。
50.行走机构2带动支撑结构1由目标区域的初始位置行走至终止位置时，行走机构2中的四个车轮4，分别位于目标列作物的两侧，上述四个车轮4在目标列作物与两侧列作物之间的间隙中滚动。支撑结构1位于目标区域的正上方。
51.行走机构2为四轮驱动，无刷电机可以为永磁同步无刷直流电机（bldc），电机额定功率为1.5kw，额定转速为3600r/min。
52.转向电机13可以为有刷直流电机（bdc），电机额定功率为0.95kw，额定转速为1000r/min。
53.需要说明的是，支撑结构1的尺寸以及行走机构2中支架的高度，可以根据先验知识和实际情况确定，例如，可以根据作物体积确定支撑结构1的尺寸以及行走机构2中支架的高度。
54.可选地，本发明实施例中支撑结构1和行走机构2的尺寸为2195mm
×
1900mm
×
2065mm，支撑结构1的最低处距离地面高度为1400mm。
55.需要说明的是，转向电机13和行走电机3与控制器11电连接。转向电机13可以响应于控制器11的控制，驱动轮胎转动，从而带动支撑结构1移动。行走电机3可以响应于控制器11的控制，驱动支撑结构1转动，从而带动支撑结构1转向。
56.第一滑轨14垂直于第一方向设置于支撑结构1上；第一滑块12沿第一滑轨14的延伸方向可移动的设置在第一滑轨14上。
57.需要说明的是，本发明实施例中将第一方向的垂直方向，确定为第二方向。第一滑轨14沿第二方向与支撑结构1连接。
58.本发明实施例中第一滑轨14可以设置于支撑结构1底部。
59.需要说明的是，第一滑轨14的长度不小于支撑结构1在第二方向上的宽度。
60.可选地，本发明实施例中的第一滑轨14为电控滑轨。
61.雷达传感器7朝向竖直向下方向设置于第一滑块12上；雷达传感器7与控制器11和通信模组10通信连接；雷达传感器7用于响应于控制器11的控制，进行点云数据的采集或停止点云数据的采集，并将采集到的原始点云数据通过通信模组10发送至用户终端。
62.可以理解的是，激光雷达以其高精度及高测量范围等优点，广泛应用于作物三维信息的采集。
63.可选地，本发明实施例中的雷达传感器7为velodyne vlp-16激光雷达，具有16条360度的扫描线，水平方向测量角度分辨率为0.1
°
到0.4
°
，垂直测量角度范围为30度，角度
分辨率为2
°
。
64.在支撑结构1和行走机构2的尺寸为2195mm
×
1900mm
×
2065mm，支撑结构1的最低处距离地面高度为1400mm的情况下，激光雷达设置于第一滑块12上之后，距离地面的高度为1m。
65.可选地，雷达传感器7可以通过以太网与控制器11连接。第一滑块12可以通过rs485转usb与控制器11连接。
66.需要说明的是，本发明实施例中雷达传感器7采集到的原始点云数据，可以包括每一帧中的每一点在雷达坐标系下的坐标。
67.需要说明的是，本发明实施例中的三维点云数据采集装置还可以包括电源模组8，可以为行走机构2、控制器11以及雷达传感器7等部件供电。
68.可选地，电源模组8可以包括两个铅酸电池及一个电源调节器。
69.需要说明的是，本发明实施例中的通信模组10可以为与用户终端之间进行无线通信。其中，用户终端为用户所使用的终端，例如平板电脑、笔记本电脑等。
70.可选地，本发明实施例中的通信模组10可以为无线路由器。
71.控制器11用于在确定支撑结构1到达目标区域内第i行走位置的情况下，控制第一滑块12带动雷达传感器7由第一滑轨14的一端匀速滑动至另一端，以及控制雷达传感器7在第一滑块12由第一滑轨14的一端匀速滑动至另一端的过程中进行点云数据的采集，控制器11还用于在确定第一滑块12已由第一滑轨14的一端匀速滑动至另一端的情况下，控制行走机构2带动支撑结构1由第i行走位置移动至目标区域内的第i+1行走位置，第i+1行走位置位于第i行走位置在第一方向上的预设距离处，i依次取0,1,2,
…
,i，i为大于1的正整数，第0行走位置为目标区域的起始行走位置，第i行走位置为目标区域的终止行走位置。
72.具体地，本发明实施例中可以将目标区域的起始行走位置确定为第0行走位置，并可以自目标区域的起始行走位置开始，在第一方向上每隔预设距离就确定一个行走位置。
73.需要说明的是，若第m行走位置与目标区域的终止行走位置之间的距离小于上述预设距离，则可以将目标区域的终止行走位置确定为第i行走位置，并确定i=m+1；其中，m为大于0的正整数，m为目标区域长边的长度与上述预设距离之商。
74.需要说明的是，上述预设距离是基于实际情况和/或先验知识预定义的。本发明实施例中对上述预设距离的取值不作具体限定。
75.可选地，本发明实施例中上述预设距离的取值范围在180cm至200cm之间，例如，上述预设距离的取值可以为180cm、190cm或200cm。
76.优选地，上述预设距离的取值为190cm。
77.对于第i行走位置（i依次取0,1,2,
…
,i），控制器11可以通过多种方式确定支撑结构1已位于第0行走位置，或者是否已由目标区域内的第i-1行走位置移动至第i行走位置，例如，控制器11可以基于设置于第i行走位置的传感器，确定支撑结构1到达上述第i行走位置；或者，控制器11可以利用设置于支撑结构1上的定位设备，确定支撑结构1到达上述第i行走位置。
78.作为一个可选地实施例，三维点云数据采集装置，还包括：定位设备9；定位设备设置于支撑结构1上；定位设备与控制器11电连接；定位设备用于获取支撑结构1的实时位置信息，并将实时位置信息发送至控制器
11；控制器11还用于接收实时位置信息，并基于实时位置信息确定支撑结构1是否到达第i行走位置以及对行走机构2进行控制。
79.需要说明的是，本发明实施例中的定位设备可以为实时动态差分定位系统（rtk-gps）。rtk-gps可提供厘米级的定位精度，测量频率可达5hz。
80.rtk-gps与控制器11采用rs232通信方式。
81.控制器11在确定支撑结构1到达目标区域内的第i行走位置的情况下，可以通过控制指令，控制第一滑块12带动雷达传感器7由第一滑轨14当前所在的一端均速滑动至另一端。
82.需要说明的是，第一滑块12带动雷达传感器7由第一滑轨14当前所在的一端均速滑动至另一端的速度为预设速度。上述预设速度可以是基于实际情况和/或先验知识预定义的。本发明实施例中对上述预设速度的取值不作具体限定。
83.控制器11在控制第一滑块12开始由第一滑轨14当前所在的一端均速滑动至另一端的同时，还可以通过控制指令，控制雷达传感器7开始点云数据的采集；控制器11在确定第一滑块12已由第一滑轨14当前所在的一端均速滑动至另一端的情况下，可以通过控制指令，控制雷达传感器7停止点云数据的采集，从而可以使得雷达传感器7在由第一滑轨14当前所在的一端均速滑动至另一端的过程中，采集第i行走位置处的原始点云数据。
84.需要说明的是，控制器11可以基于第一滑块12和/或第一滑轨14返回的反馈信息，确定第一滑块12已由第一滑轨14当前所在的一端均速滑动至另一端。
85.雷达传感器7在采集到第i行走位置处的原始点云数据之后，可以将上述第i行走位置处的原始点云数据通过通信模组10发送至用户终端，以供用户通过用户终端查看上述第i行走位置处的原始点云数据，以及基于上述第i行走位置处的原始点云数据进行进一步的数据分析。
86.控制器11在确定第一滑块12已由第一滑轨14当前所在的一端均速滑动至另一端的情况下，还可以通过控制指令，控制行走机构2带动支撑结构1由目标区域内的第i行走位置移动至第i+1行走位置，并在确定支撑结构1到达第i+1行走位置的情况下，对第一滑块12和雷达传感器7重复上述控制过程。
87.本发明实施例中的三维点云数据采集装置定点移动，三维点云数据采集装置中的雷达传感器，能在垂直于三维点云数据采集装置的行进方向的方向上均速滑动采集三维点云数据，能多位置、多视角的采集作物的三维点云数据，雷达传感器在进行三维点云数据采集的过程中三维点云数据采集装置处于静止状态，能避免三维点云数据采集装置在移动时产生的震动和颠簸，影响雷达传感器采集到的三维点云数据的准确率，能更灵活、更准确地获取不同种类的作物或同一种类不同生育期的作物的三维点云数据，能为作物长势长相监测与诊断、遗传育种的辅助与筛选以及作物精准化管理等研究和应用等提供数据支撑，本发明实施例中的三维点云数据采集装置，适用于温室及大田作物的三维点云数据的采集，具有体积小、移动灵活、越野性能佳以及自动化程度高等优点。
88.基于上述各实施例的内容，三维点云数据采集装置，还包括：第二滑轨5和第二滑块6；第二滑轨5垂直于第一滑轨14设置于支撑结构1上；第二滑块6沿第二滑轨5的延伸
方向可移动的设置在第二滑轨5上；第二滑块6与第一滑轨14连接；第二滑块6与控制器11通信连接；第二滑块6用于响应于控制器11的控制，带动第一滑轨14沿第二滑轨5由当前所在的预设停留位置滑动至另一预设停留位置；具体地，第二滑轨5可以沿第一方向设置于支撑结构1的底部。
89.需要说明的是，第二滑轨5的长度不小于支撑结构1在第一方向上的宽度。
90.可选地，本发明实施例中的第二滑轨5为电控滑轨。
91.需要说明的是，本发明实施例中第二滑轨5的数量可以为一个或多个。
92.需要说明的是，本发明实施例中可以基于先验知识和/或实际情况确定为第一滑轨14确定多个预设停留位置。
93.可选地，本发明实施例中将第一滑轨14位于第二滑轨5的一端、第一滑轨14位于第二滑轨5的另一端以及第一滑轨14位于第二滑轨5的中部，确定为三个预设停留位置。
94.作为一个可选地实施例，第二滑轨5和第二滑块6的数量均为2个；两个第二滑轨5平行间隔设置；每一第二滑块6沿每一第二滑轨5的延伸方向可移动的设置在每一第二滑轨5上；第一滑轨14的一端设置于一个第二滑块6上，第一滑轨14的另一端设置于另一个第二滑块6上。
95.控制器11还用于在确定支撑结构1到达第i行走位置且第一滑轨14位于任一预设停留位置的情况下，控制第一滑块12带动雷达传感器7由第一滑轨14的一端匀速滑动至另一端，以及控制雷达传感器7在由第一滑轨14的一端匀速滑动至另一端的过程中进行点云数据的采集，控制器11还用于在确定第一滑块12已由第一滑轨14的一端匀速滑动至另一端的情况下，控制第二滑块6带动第一滑轨14当前所在的预设停留位置滑动至另一预设停留位置，控制器11还用于在确定第一滑轨14位于每一预设停留位置处，第一滑块12均已由第一滑轨14的一端匀速滑动至另一端的情况下，控制行走机构2带动支撑结构1由第i行走位置移动至第i+1行走位置。
96.可以理解的是，在支撑结构1到达第i行走位置的情况下，第一滑轨14必然位于某一预设停留位置处，因此，控制器11在确定支撑结构1到达第i行走位置的情况下，可以通过控制指令，控制第一滑块12带动雷达传感器7由第一滑轨14当前所在的一端均速滑动至另一端。
97.并且，控制器11在控制第一滑块12开始由第一滑轨14当前所在的一端均速滑动至另一端的同时，还可以通过控制指令，控制雷达传感器7开始点云数据的采集；控制器11在确定第一滑块12已由第一滑轨14当前所在的一端均速滑动至另一端的情况下，可以通过控制指令，控制雷达传感器7停止点云数据的采集，从而可以使得雷达传感器7在由第一滑轨14当前所在的一端均速滑动至另一端的过程中，采集第i行走位置第一滑轨14当前所在的预设停留位置处的原始点云数据。
98.雷达传感器7在采集到上述第i行走位置第一滑轨14当前所在的预设停留位置处的原始点云数据之后，可以将上述第i行走位置第一滑轨14当前所在的预设停留位置处的原始点云数据通过通信模组10发送至用户终端，控制器11在确定第一滑轨14处于当前位置处第一滑块12已由第一滑轨14当前所
在的一端均速滑动至另一端的情况下，还可以通过控制指令，控制第二滑块6带动第一滑轨14由当前所在的预设停留位置滑动至另一预设停留位置，并对第一滑块12重复上述控制过程。
99.需要说明的是，需要说明的是，控制器11可以基于第二滑块6和/或第二滑轨5返回的反馈信息，确定第一滑轨14已由当前所在的预设停留位置滑动至另一预设停留位置。
100.控制器11在确定第一滑轨14位于每一预设停留位置处，第一滑块12均已由第一滑轨14的一端匀速滑动至另一端的情况下，还可以通过控制指令，控制行走机构2带动支撑结构1由第i行走位置移动至第i+1行走位置，并在确定支撑结构1到达第i+1行走位置的情况下，对第一滑块12、第二滑块6和雷达传感器7重复上述控制过程。
101.可以理解的是，在支撑结构1由第i行走位置移动至第i+1行走位置之前，用户终端可以接收到第i行走位置每一预设停留位置处的原始点云数据，上述多组作物三维点云数据均与第i行走位置对应，每一组作物三维点云数据还与每一预设停留位置对应。
102.本发明实施例中三维点云数据采集装置中的第一导轨还能在第一方向上滑动，能为雷达传感器7采集作物的三维点云数据提供更多位置和更多视角，能进一步提高获取不同种类的作物或同一种类不同生育期的作物的三维点云数据的灵活性和准确性。
103.可选地，用户终端还可以通过通信模组10向控制器11发送控制指令，以供控制器11响应于上述控制指令，对行走机构2的行进方向、第一滑块12的位置或第二滑块6的位置进行控制。用户终端还可以通过通信模组10，向控制器11发送行走路线规划，以供控制器11基于上述行走路线规划对行走机构2进行控制。
104.基于上述各实施例的内容，控制器11还用于在确定支撑结构1位于第i行走位置处第一滑块12已由第一滑轨14的一端匀速滑动至另一端的情况下，通过通信模组10向用户终端发送目标信息，以供用户终端在接收到目标信息的情况下，基于接收到的所有原始点云数据，获取目标区域对应的三维点云区块。
105.具体地，控制器11在确定支撑结构1位于第i行走位置处第一滑块12已由第一滑轨14当前所在的一端匀速滑动至另一端的情况系啊，可以通过通信模组10向用户终端发送采集目标信息。其中，上述目标信息表示三维点云数据采集装置已完成目标区域对应的三维点云区块采集。
106.用户终端在接收到上述目标信息的情况下，可以基于接收到的所有原始点云数据，通过数据处理的方式，获得目标区域对应的三维点云区块。其中，用户终端接收到的所有原始点云数据，包括第0行走位置处的原始点云数据第1行走位置处的原始点云数据第2行走位置处的原始点云数据
…
、第m行走位置处的原始点云数据以及第i行走位置处的原始点云数据。
107.作为一个可选地实施例，控制器11还用于在确定第一滑块12在支撑结构1位于第i行走位置且第一滑轨14位于每一预设停留位置处，第一滑块12均已由第一滑轨14的一端匀速滑动至另一端的情况下，通过通信模组10向用户终端发送目标信息，以供用户终端在接收到目标信息的情况下，基于接收到的所有原始点云数据，获取目标区域对应的三维点云区块。
108.具体地，控制器11在确定支撑结构1位于第i行走位置且第一滑轨14位于每一预设停留位置处，第一滑块12均已由第一滑轨14当前所在的一端匀速滑动至另一端的情况系
啊，可以通过通信模组10向用户终端发送采集目标信息。其中，上述目标信息表示三维点云数据采集装置已完成目标区域对应的三维点云区块采集。
109.用户终端在接收到上述目标信息的情况下，可以基于接收到的所有原始点云数据，通过数据处理的方式，获得目标区域对应的三维点云区块。其中，用户终端接收到的所有原始点云数据，包括第0行走位置每一预设停留位置处的原始点云数据、第1行走位置每一预设停留位置处的原始点云数据、第2行走位置每一预设停留位置处的原始点云数据、
…
、第m行走位置每一预设停留位置处的原始点云数据以及第i行走位置每一预设停留位置处的原始点云数据。
110.基于上述各实施例的内容，用户终端基于接收到的所有原始点云数据，获取目标区域对应的三维点云区块，包括如下步骤：基于预设速度以及预设距离，对所有原始点云数据进行坐标系转换，获取每一行走位置对应的三维点云区块，第一滑块12由第一滑轨14的一端匀速滑动至另一端的速度为预设速度；具体地，由于雷达传感器7在匀速滑动过程中进行三维点云数据的采集，无需估计帧与帧之间的相对位姿，帧与帧之间的位姿平移可以由预设速度获取。
111.因此，在预设速度为amm/s，雷达传感器7进行三维点云数据采集的速度为每秒15帧的情况下，对于上述所有原始点云数据中第k帧的第p点，可以基于第p点在雷达坐标系中的坐标p，通过如下方式，获得第p点在世界坐标系中的坐标。
112.（1）其中：（2）坐标p到坐标的转换过程表示为；其中，变换矩阵t可以表示为：（3）由于雷达传感器7是沿着第二方向或第二方向的相反方向滑动的，因此公式（3）中：
113.基于公式（1）至公式（3），可以获取上述所有原始点云数据中每一帧的每一点在世界坐标系中的坐标。
114.获取上述所有原始点云数据中每一帧的每一点在世界坐标系中的坐标之后，可以通过匀速叠加的方式，将任意相邻两帧中每一点在世界坐标系中的坐标进行拼接，获得每
一行走位置对应的三维点云区块。
115.对每一行走位置对应的三维点云区块进行粗配准之后，按照第一方向上各行走位置的排列顺序，基于迭代最近点算法，依次对每相邻两个行走位置对应的三维点云区块进行精配准，获得配准后的每一行走位置对应的三维点云区块。
116.具体地，获取每一行走位置对于的三维点云区块之后，可以按照第一方向上各行走位置的排列顺序，基于迭代最近点算法（iterative closest point，icp），依次对第i行走位置对应的三维点云区块和第i+1行走位置对应的三维点云区块（i依次取0,1,2,
…
,i-1）进行精配准，可以获取目标区域对应的三维点云区块。
117.由于迭代最近点算法对配准点云和基准点云的初始位置有很高的要求，若两个点云的初始位置相差很大，则该算法在配准后容易出现局部最优的情况。
118.因此，本发明实施例中在基于迭代最近点算法对第i行走位置对应的三维点云区块和第i+1行走位置对应的三维点云区块进行精配准前，首先对第i行走位置对应的三维点云区块进行粗配准。
119.由于第i行走位置与第i+1行走位置之间的距离为预设距离（本发明实施例中预设距离为190cm），并且第i行走位置与第i+1行走位置之间有30%的重叠度，因此，将第i行走位置对应的三维点云区块向第一方向移动190(i-1)cm，即可完成第i行走位置对应的三维点云区块的粗配准。
120.迭代最近点算法是基于最小二乘法，按照某些约束条件查找最近邻点以计算最佳配准参数，即通过改变旋转矩阵r和平移向量t，使得误差函数e(r,t)的数值最小。误差函数为e(r,t)可以通过如下公式表示：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)其中，n是最近邻点对的数量，是目标点云p中的一点，是源点云q中与对应的最近点，r 是旋转矩阵，t是平移向量。迭代最近点算法的实现步骤包括：步骤s11、在目标点云p中选取点集∈p；步骤s12、在源点云q中找到与对应的点集，满足∈q并使得的数值最小；步骤s13、通过计算对应点集之间的关系得到旋转矩阵r和平移向量t，使得误差函数最小；步骤s14、根据步骤s3计算得到的r和t，通过对进行变换，得到的变换点集；步骤s15、计算与对应点集的平均距离d；其中，距离d的计算公式为：
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)步骤s16、若d小于预定义的阈值或迭代次数大于预定义的迭代次数阈值，则确定满足收敛条件，反之则重复执行步骤s12至步骤s16，直到满足收敛条件为止。
121.本发明实施例中可以将第i行走位置对应的三维点云区块确定为源点云q，将第i+
1行走位置对应的三维点云区块确定为目标点云p，进而可以基于上述步骤s11至步骤s16，实现第i行走位置对应的三维点云区块和第i+1行走位置对应的三维点云区块的精配准。
122.在i依次取0,1,2,
…
,i-1的情况下，可以实现第一方向上每相邻两个行走位置对应的三维点云区块的精配准，获得配准后每一行走位置对应的三维点云区块。
123.按照第一方向上各行走位置的排列顺序，依次拼接配准后的各行走位置对应的三维点云区块，获得目标区域对应的三维点云区块。
124.具体地，获得配准后每一行走位置对应的三维点云区块之后，可以拼接配准后第i行走位置对应的三维点云区块和配准后第i+1行走位置对应的三维点云区块，i依次取0,1,2,
…
,i-1。
125.按照第一方向上各行走位置的排列顺序，依次拼接配准后各行走位置对应的三维点云区块之后，可以获得目标区域对应的三维点云区块。
126.本发明实施例中的用户终端，通过对每一行走位置对应的三维点云区块进行粗配准之后，按照第一方向上各行走位置的排列顺序，基于迭代最近点算法，对每相邻两个行走位置对应的三维点云区块进行精配准，得到配准后每一行走位置对应的三维点云区块，进而按照第一方向上各行走位置的排列顺序对配准后各行走位置对应的三维点云区块进行拼接，能更准确的获取目标区域对应的三维点云区块，能为目标区域的作物表型提供数据支撑。
127.基于上述各实施例的内容，用户终端还用于基于目标区域对应的三维点云区块，获取目标区域中作物的表型参数。
128.需要说明的是，激光传感器采集的点云数据可能会出现密度不均匀的情况，并可能会产生稀疏的离群点，降低点云数据的准确率。
129.因此，本发明实施例中使用statistical outlier removal滤波器剔除目标区域对应的三维点云区块中的离群点或则测量误差导致的粗差点，获得去噪后的目标区域对应的三维点云区块。
130.statistical outlier removal滤波器的滤波过程包括：对每一个点的邻域进行一个统计分析，计算它到所有临近点的平均距离。假设得到的结果是一个高斯分布，其形状是由均值和标准差决定，那么平均距离在标准范围（由全局距离平均值和方差定义）之外的点，可以被定义为离群点并从数据中去除。
131.获得去噪后的目标区域对应的三维点云区块之后，需要检测地面，并将去噪后的目标区域对应的三维点云区块中的地面点云去除掉，获取目标区域中的作物对应的三维点云区块。
132.因此，本发明实施例中应用random sample consensus（ransac）算法，将去噪后的目标区域对应的三维点云区块中的地面点云与作物点云区分，防止在后续处理中误将地面点云检测为作物。
133.在算法设计时首先设定算法的迭代次数为1，距离误差阈值为δt1，去噪后的目标区域对应的三维点云区块中的总点数为n，在初始时随机选取3个点构成待拟合地面，设3个点的三维坐标为(x1，y1，z1)、(x2，y2，z2)、(x3，y3，z3)，则拟合的平面模型为
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)其中
a=(y2－y1)
·
(z3－z1)－(z2－z1)
·
(y3－y1)b=(z2－z1)
·
(x3－x1)－(x2－x1)
·
(z3－z1)c=(x2－x1)
·
(y3－y1)－(y2－y1)
·
(x3－x1)d=－(ax1+by1+cz1)则空间任一点(x0，y0，z0) 到该平面的距离 l为（7）若某点与此次假设平面的距离l≤δt1时，则此点为模型内点。依次遍历除初始采样的3点之外的其他n-3个点，记录此模型的内点数目。再随机采样3个点构造一个平面模型，按照同样的方法得到该模型的内点数目。按照此随机采样的方法迭代1次。随着迭代次数的增加产生合理结果的概率亦随之增加。最终基于每个模型的内点数目表决，选取内点数目最多的地面模型即为最佳拟合结果。
134.获取目标区域中的作物对应的三维点云区块之后，首先可以使用欧式聚类算法对上述作物对应的三维点云区块进行每一株的分离。
135.欧式聚类的本质是将距离相近的点归为一类。假设点云c中有n个点，定义欧式距离作为其中两个点的亲疏程度，以近邻点之间的距离作为标准，从而实现点云聚类分割。分割具体流程包括：对于预处理后的点云数据集p，确定一个查询点pi，并设定距离阈值r，通过kd-tree找到离它最近的n个近邻点pj(j=1,2,
⋯
,n)；按照公式(8)计算n个近邻点到查询点的欧式距离dj；比较距离dj与距离阈值r，将小于r的点归于类m中，一直到类m中的点数不再增加时，分割完成。
136.ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)该算法只能分割出两盆之间叶子无重叠情况下的单株作物，有的作物叶子生长的很大，且两盆之间摆放距离过近，导致欧式聚类并不能分割出这种情况的单株作物，于是对于这种情况下的作物，采用了k-means聚类算法进行分割。k-均值算法属于划分聚类算法, 其中每个簇的中心都用簇中所有对象的均值来表示。输入为簇的数目(k)与包含n个对象的数据集(d)；输出为k个簇的集合。
137.算法流程包括步骤21、从d中任意选择k个对象作为初始聚类中心。
138.步骤22、根据簇中对象的均值，将每个对象分配到最相似的簇。
139.步骤23、更新簇均值，即重新计算每个簇中对象的均值。
140.步骤24、循环步骤22和步骤23，直到聚类不再发生变化。
141.提前确定聚类数和初始聚类中心是k-均值聚类法的特点。
142.基于上述方式，可以获取目标区域中每一作物对应的单株三维点云。基于上述每一作物的单株三维点云，可以获取目标区域中每一作物的株高以及最大冠幅的表型参数。
143.基于上述每一作物的单株三维点云，获取目标区域中每一作物的株高，具体包括：由于激光雷达获取的点云数据与世界坐标系的xyz坐标轴方向并不一致，因此在提取株高之前，要对整个点云进行水平面校准。
144.由于前期已对目标区域内的地面点云与作物点云进行了区分，因此可以通过分割出来的地面点云估计地平面方程。
145.通过地面水平校准前的法向量a（a，b，c）与雷达点云坐标系竖直向上的向量b（0，0，1）来求旋转矩阵r，将原始点云乘以旋转矩阵r即可得到水平校准后的点云，计算作物最高点z值与地面平面的z值之间的差值，再减去已知的花盆高度，即为株高。株高计算公式为
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)基于上述每一作物的单株三维点云，获取目标区域中每一作物的最大冠幅，具体包括：每一作物的最大冠幅的提取本质上是寻找叶片平面点云中的最远点对，寻找最远点对可以利用几何性质。
146.首先要计算单株点云竖直方向上的投影，即让单株点云中的所有点的z坐标值为0，这样就使单株点云从三维点云变为xy面上的二维点云；然后可以对这个二维平面点云的凸多边形轮廓进行提取，得到凸包后，旋转卡壳算法来计算平面点云凸包的最远点对，算法流程包括:步骤31、计算凸多边形 y 方向上的端点，称之为 y
min 和 y
max ；步骤32、通过 y
min 和 y
max 构造两条水平切线，由于它们已经是一对对踵点，计算它们之间的距离并维护为一个当前最大值；步骤33、同时旋转两条线直到其中一条与多边形的一条边重合；步骤34、一个新的对踵点对此时产生。计算新的距离，并和当前最大值比较，大于当前最大值则更新；步骤35、重复步骤33和步骤34的过程直到再次产生对踵点对 (y
min
,y
max
) ；步骤36、输出确定最大直径的对踵点对。
147.该算法时间复杂度为o（n)，利用上述算法计算得到的最大直径的对踵点对即为每一作物的最大冠幅。
148.本发明实施例中的用户终端基于statistical outlier removal滤波器和ransac算法去除目标区域对应的三维点云区块中的噪声和地面点云之后，基于欧式聚类和k-means聚类分割出目标区域内每一作物的单株三维点云，进而能更准确地提取目标区域内每一作物的表型参数。
149.图4是本发明提供的作物表型获取方法的流程示意图之一。本发明提供的作物表型获取方法基于如上所述的三维点云数据采集装置实现。下面结合图4描述本发明的作物表型获取方法。如图4所示，该方法包括：步骤401、接收原始点云数据；需要说明的是，本发明实施例中执行主体为作物表型获取装置，上述作物表型获取装置即为上述各实施例中三维点云数据采集装置中的用户终端。
150.步骤402、在接收到目标信息的情况下，基于接收到的所有原始点云数据，获取目标区域对应的三维点云区块；作为一个可选地实施例，基于接收到的所有原始点云数据，获取目标区域对应的三维点云区块，包括：获取预设速度和预设距离；基于预设速度以及预设距离，对所有原始点云数据进行坐标系转换，获取每一行走位置对应的三维点云区块；
对每一行走位置对应的三维点云区块进行粗配准之后，按照第一方向上各行走位置的排列顺序，基于迭代最近点算法，依次对每相邻两个行走位置对应的三维点云区块进行精配准，获得配准后的每一行走位置对应的三维点云区块；按照第一方向上各行走位置的排列顺序，依次拼接配准后的各行走位置对应的三维点云区块，获得目标区域对应的三维点云区块。
151.步骤403、基于目标区域对应的三维点云区块，获取目标区域中作物的表型参数。
152.需要说明的是，用户终端执行本发明提供的作物表型获取方法，获取目标区域中作为的表型参数的具体步骤可以参见上述各实施例的内容，本发明实施例中不再赘述。
153.为了便于对本发明提供的作物表型获取方法的理解，以下通过一个实例说明本发明提供的作物表型获取方法。图5是本发明提供的作物表型获取方法的流程示意图之二。如图5所示，雷达传感器7获取到原始点云数据之后，将原始点云数据发送至用户终端；用户终端在接收到目标信息的情况下，基于接收到的所有原始点云数据，获取目标区域内每一行走位置对应的三维点云区块；用户终端对目标区域内每一行走位置对应的三维点云区块进行配准和拼接，获得目标区域对应的三维点云区块；用户终端剔除目标区域对应的三维点云区块中的噪声和地面点云，获得目标区域中的作物对应的三维点云区块；用户终端对目标区域中的作物对应的三维点云区块进行单株分割，获得目标区域中每一作物对应的单株三维点云；用户终端基于目标区域中每一作物对应的单株三维点云，可以提取目标区域中每一作物的株高以及最大冠幅。
154.本发明实施例通过基于雷达传感器采集到的原始点云数据，获取目标区域对应的三维点云区块之后，能基于目标区域对应的三维点云区块，更准确、更高效地获取目标区域中作物的表型参数，能为作物长势长相监测与诊断、遗传育种的辅助与筛选以及作物精准化管理等研究和应用等提供数据支撑。
155.图6是本发明提供的作物表型获取装置的结构示意图。下面结合图6对本发明提供的作物表型获取装置进行描述，下文描述的作物表型获取装置与上文描述的本发明提供的作物表型获取方法可相互对应参照。如图6所示，数据获取模块601、点云处理模块602和表型获取模块603。
156.数据获取模块601，用于接收原始点云数据；点云处理模块602，用于在接收到目标信息的情况下，基于接收到的所有原始点云数据，获取目标区域对应的三维点云区块；表型获取模块603，用于基于目标区域对应的三维点云区块，获取目标区域中作物的表型参数。
157.具体地，数据获取模块601、点云处理模块602和表型获取模块603电连接。
158.需要说明的是，本发明实施例中的作物表型获取装置即为上述各实施例中三维点云数据采集装置中的用户终端。
159.本发明实施例中的作物表型获取装置，通过基于雷达传感器采集到的原始点云数据，获取目标区域对应的三维点云区块之后，能基于目标区域对应的三维点云区块，更准
确、更高效地获取目标区域中作物的表型参数，能为作物长势长相监测与诊断、遗传育种的辅助与筛选以及作物精准化管理等研究和应用等提供数据支撑。
160.图7示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图7所示，该电子设备可以包括：处理器（processor）710、通信接口（communications interface）720、存储器（memory）730和通信总线740，其中，处理器710，通信接口720，存储器730通过通信总线740完成相互间的通信。处理器710可以调用存储器730中的逻辑指令，以执行作物表型获取方法，该方法包括：接收原始点云数据；在接收到目标信息的情况下，基于接收到的所有原始点云数据，获取目标区域对应的三维点云区块；基于目标区域对应的三维点云区块，获取目标区域中作物的表型参数。
161.此外，上述的存储器730中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器（rom，read-only memory）、随机存取存储器（ram，random access memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
162.另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的作物表型获取方法，该方法包括：接收原始点云数据；在接收到目标信息的情况下，基于接收到的所有原始点云数据，获取目标区域对应的三维点云区块；基于目标区域对应的三维点云区块，获取目标区域中作物的表型参数。
163.又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的作物表型获取方法，该方法包括：接收原始点云数据；在接收到目标信息的情况下，基于接收到的所有原始点云数据，获取目标区域对应的三维点云区块；基于目标区域对应的三维点云区块，获取目标区域中作物的表型参数。
164.以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
165.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
166.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管
参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种三维点云数据采集装置，其特征在于，包括：行走机构、支撑结构、第一滑轨、第一滑块、雷达传感器、控制器以及通信模组；所述行走机构与所述支撑结构连接；所述控制器设置于所述支撑结构上；所述行走机构和所述第一滑块分别与所述控制器电连接；所述控制器和用户终端通过所述通信模组通信连接；所述第一滑轨垂直于第一方向设置于所述支撑结构上；所述第一滑块沿所述第一滑轨的延伸方向可移动的设置在所述第一滑轨上；所述雷达传感器朝向竖直向下方向设置于所述第一滑块上；所述雷达传感器与所述控制器和所述通信模组通信连接；所述雷达传感器用于响应于所述控制器的控制，进行点云数据的采集或停止点云数据的采集，并将采集到的原始点云数据通过所述通信模组发送至所述用户终端；所述控制器用于在确定所述支撑结构到达目标区域内第i行走位置的情况下，控制所述第一滑块带动所述雷达传感器由所述第一滑轨的一端匀速滑动至另一端，以及控制所述雷达传感器在所述第一滑块由所述第一滑轨的一端匀速滑动至另一端的过程中进行点云数据的采集，所述控制器还用于在确定所述第一滑块已由所述第一滑轨的一端匀速滑动至另一端的情况下，控制所述行走机构带动所述支撑结构由所述第i行走位置移动至所述目标区域内的第i+1行走位置，所述第i+1行走位置位于所述第i行走位置在所述第一方向上的预设距离处，i依次取0,1,2,
…
,i，i为大于1的正整数，第0行走位置为所述目标区域的起始行走位置，第i行走位置为所述目标区域的终止行走位置。2.根据权利要求1所述的三维点云数据采集装置，其特征在于，还包括：第二滑轨和第二滑块；所述第二滑轨垂直于所述第一滑轨设置于所述支撑结构上；所述第二滑块沿所述第二滑轨的延伸方向可移动的设置在所述第二滑轨上；所述第二滑块与所述第一滑轨连接；所述第二滑块与所述控制器通信连接；所述第二滑块用于响应于所述控制器的控制，带动所述第一滑轨沿所述第二滑轨由当前所在的预设停留位置滑动至另一预设停留位置；所述控制器还用于在确定所述支撑结构到达所述第i行走位置且所述第一滑轨位于任一预设停留位置的情况下，控制所述第一滑块带动所述雷达传感器由所述第一滑轨的一端匀速滑动至另一端，以及控制所述雷达传感器在由所述第一滑轨的一端匀速滑动至另一端的过程中进行点云数据的采集，所述控制器还用于在确定所述第一滑块已由所述第一滑轨的一端匀速滑动至另一端的情况下，控制所述第二滑块带动所述第一滑轨当前所在的预设停留位置滑动至另一预设停留位置，所述控制器还用于在确定所述第一滑轨位于每一所述预设停留位置处，所述第一滑块均已由所述第一滑轨的一端匀速滑动至另一端的情况下，控制所述行走机构带动所述支撑结构由第i行走位置移动至第i+1行走位置。3.根据权利要求2所述的三维点云数据采集装置，其特征在于，所述第二滑轨和所述第二滑块的数量均为2个；两个所述第二滑轨平行间隔设置；每一所述第二滑块沿每一所述第
二滑轨的延伸方向可移动的设置在每一所述第二滑轨上；所述第一滑轨的一端设置于一个所述第二滑块上，所述第一滑轨的另一端设置于另一个所述第二滑块上。4.根据权利要求1所述的三维点云数据采集装置，其特征在于，所述行走机构包括四个伸缩支架、四个车轮、四个行走电机和四个转向电机；各所述伸缩支架、各所述行走电机和各所述转向电机与所述控制器电连接；任一车轮与一个伸缩支架的一端转动连接；任一伸缩支架的另一端与所述支撑结构转动连接；任一行走电机与一个所述车轮电连接，所述任一行走电机用于响应于所述控制器的控制，驱动所述车轮转动；任一转向电机与一个伸缩支架电连接，所述任一转向电机用于响应于所述控制器的控制，驱动所述伸缩支架转动；各所述伸缩支架还用于响应于所述控制器的控制伸长或缩短。5.根据权利要求1所述的三维点云数据采集装置，其特征在于，还包括：定位设备；所述定位设备设置于所述支撑结构上；所述定位设备与所述控制器电连接；所述定位设备用于获取所述支撑结构的实时位置信息，并将所述实时位置信息发送至所述控制器；所述控制器还用于接收所述实时位置信息，并基于所述实时位置信息确定所述支撑结构是否到达所述第i行走位置以及对所述行走机构进行控制。6.根据权利要求1至5任一所述的三维点云数据采集装置，其特征在于，还包括：所述用户终端。7.根据权利要求6所述的三维点云数据采集装置，其特征在于，所述控制器还用于在确定所述支撑结构位于第i行走位置处所述第一滑块已由所述第一滑轨的一端匀速滑动至另一端的情况下，通过所述通信模组向所述用户终端发送目标信息，以供所述用户终端在接收到所述目标信息的情况下，基于接收到的所有原始点云数据，获取所述目标区域对应的三维点云区块。8.根据权利要求7所述的三维点云数据采集装置，其特征在于，用户终端基于接收到的所有原始点云数据，获取目标区域对应的三维点云区块，包括如下步骤：基于预设速度以及所述预设距离，对所述所有原始点云数据进行坐标系转换，获取每一行走位置对应的三维点云区块，所述第一滑块由所述第一滑轨的一端匀速滑动至另一端的速度为所述预设速度；对每一行走位置对应的三维点云区块进行粗配准之后，按照所述第一方向上各行走位置的排列顺序，基于迭代最近点算法，依次对每相邻两个行走位置对应的三维点云区块进行精配准，获得配准后的每一行走位置对应的三维点云区块；按照所述第一方向上各行走位置的排列顺序，依次拼接配准后的各行走位置对应的三维点云区块，获得所述目标区域对应的三维点云区块。9.根据权利要求8所述的三维点云数据采集装置，其特征在于，所述用户终端还用于基于所述目标区域对应的三维点云区块，获取所述目标区域中作物的表型参数。10.一种基于如权利要求7所述的三维点云数据采集装置实现的作物表型获取方法，其
特征在于，包括：接收原始点云数据；在接收到目标信息的情况下，基于接收到的所有原始点云数据，获取目标区域对应的三维点云区块；基于所述目标区域对应的三维点云区块，获取所述目标区域中作物的表型参数。11.根据权利要求10所述作物表型获取方法，其特征在于，所述基于接收到的所有原始点云数据，获取目标区域对应的三维点云区块，包括：获取预设速度和预设距离；基于所述预设速度以及预设距离，对所述所有原始点云数据进行坐标系转换，获取每一行走位置对应的三维点云区块；对每一行走位置对应的三维点云区块进行粗配准之后，按照所述第一方向上各行走位置的排列顺序，基于迭代最近点算法，依次对每相邻两个行走位置对应的三维点云区块进行精配准，获得配准后的每一行走位置对应的三维点云区块；按照所述第一方向上各行走位置的排列顺序，依次拼接配准后的各行走位置对应的三维点云区块，获得所述目标区域对应的三维点云区块。12.一种作物表型获取装置，其特征在于，包括：数据获取模块，用于接收原始点云数据；点云处理模块，用于在接收到目标信息的情况下，基于接收到的所有原始点云数据，获取目标区域对应的三维点云区块；表型获取模块，用于基于所述目标区域对应的三维点云区块，获取所述目标区域中作物的表型参数。

技术总结
本发明提供一种三维点云数据采集装置、作物表型获取方法及装置，涉及智慧农业技术领域，三维点云数据采集装置，包括：行走机构、支撑结构、第一滑轨、第一滑块、雷达传感器、控制器以及通信模组。本发明提供的三维点云数据采集装置、作物表型获取方法及装置，三维点云数据采集装置定点移动，三维点云数据采集装置中的雷达传感器能多位置、多视角的采集作物的三维点云数据，雷达传感器在进行数据采集的过程中三维点云数据采集装置处于静止状态，能避免三维点云数据采集装置移动时产生的震动和颠簸影响雷达传感器采集到的三维点云数据的准确率，能更灵活、更准确地获取不同种类的作物或同一种类不同生育期的作物的三维点云数据。或同一种类不同生育期的作物的三维点云数据。或同一种类不同生育期的作物的三维点云数据。


技术研发人员：郭新宇 蔡双泽 苟文博 樊江川 温维亮 王传宇
受保护的技术使用者：北京市农林科学院信息技术研究中心
技术研发日：2023.07.06
技术公布日：2023/8/5