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    一種影像重建方法，也可以適用於一植床，其具有用以承載植株的工作平台，係位於一工作平面上。首先，本發明會從相對於工作平面的監測平面上的不同位置擷取工作平台的影像，而獲得多個影像資料。其中，監測平面與工作平面在一可視範圍內彼此平行，並且相距一預設距離。接著，執行一影像拼接演算法，以將所取得的影像資料拼接成植床的二維影像。
    公开号:TW201324027A
    申请号:TW100144223
    申请日:2011-12-01
    公开日:2013-06-16
    发明作者:Ta-Te Lin；Tai-Hsien Ouyang；Chang-Chih Liu；Tsung-Cheng Lai
    申请人:Univ Nat Taiwan；
    IPC主号:G06T7-00
    专利说明:
    植床的監測系統及影像重建方法
    本發明是有關於一種影像重建方法，特別是在一種植床的監測系統上實現此影像重建方法。
    精準植床全景影像重建及精準植株外觀性狀非破壞量測為生物資源及農糧所亟需的重要技術，精準量測植床全景及植株外觀性狀可提供株高、葉面積等特徵以分析植栽生長模式，以創造適當生長環境，俾提昇作物產量及品質，建立植物生長模式亦助於研究機構探討作物生長影響因子，據以改善作物栽培方法、亦助於了解植物間或植物與環境間交互作用。
    現行植物工廠作物排列緊密交錯，層架高度狹小，嚴重限制植株觀測視野，不易以人力或機械方式量測，固定式攝影機器視野，可監控植株數量有限，不易達成自動化高效率量測之目標。
    因此，本發明提供一種植床的監測系統，可以監測植床上之植株的生長狀況。
    另外，本發明也提供一種影像重建方法，以重建植床的二維影像和三維影像。
    本發明提供一種監測系統，適用於一植床，其具有用來承載植株的一工作平台，係位於一工作平面上。本發明之監測系統包括支撐架、滑動模組、影像擷取裝置和分析單元。支撐架設置在工作平台上，並且建構出相對於工作平面的一監測平面。滑動模組則是由支撐架所支撐，並且具有一滑動構件。另外，致動器則會電性連接滑動模組，以驅動滑動構件在監測平面上朝一預設方向往復滑動。此外，影像擷取裝置被安裝在滑動構件上。藉此，當滑動沿預設方向滑動時，就會帶動影像擷取裝置在一預設方向上往復滑動。如此一來，影像擷取裝置就可以在監測平面上，隨著滑動模組在預設方向上的滑動，而擷取工作平台上不同位置的影像，並且獲得多個影像資料。這些影像資料會被送至分析單元，以執行一影像拼接演算法而將這些影像資料進行拼接，而獲得植床的二維影像。另外，分析單元還會依據從監測平面不同位置所擷取到工作平台之影像之間的視差，而獲得工作平台不同位置的高度資料，並且還會執行一立體視覺演算法來分析二維影像和所獲得的高度資料，以獲得植床的三維影像。
    從另一觀點來看，本發明也提供一種影像重建方法，也可以適用於一植床，其具有用以承載植株的工作平台，係位於一工作平面上。首先，本發明會從相對於工作平面的監測平面上的不同位置擷取工作平台的影像，而獲得多個影像資料。其中，監測平面與工作平面在一可視範圍內彼此平行，並且相距一預設距離。接著，執行一影像拼接演算法，以將所取得的影像資料拼接成植床的二維影像。
    在一較佳實施例中，本發明還會依據從監測平面不同位置所擷取到工作平台之影像之間的視差，而獲得工作平台不同位置的高度資料。如此一來，本發明就可以執行一立體視覺演算法來分析二維影像和高度資料，以獲得植床的一三維影像。
    由於本發明可以獲得植床的二維影像和三維影像，因此在除去雜訊、辨識植床特徵、校正空間扭曲，即可量測植株的株高、葉面積、體積等特徵以統計分析植栽生長模式，創造適當生長環境，俾提昇作物產量與品質，並可應用於探討作物生長之環境控制、生長管理、植物生理、產量評估及品質檢測。
    為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
    圖1繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種植床之架構的立體圖。請參照圖1，本實施例所提供的植床100的架構，具有一工作平面WP1，以及相對於此工作平面的監測平面MP1。。在此工作平面WP1上，可以配置一工作平台102，以用來承載植株。另外，在較佳(但不限定於此)實施例中，監測平面MP1與工作平面WP1在一可視範圍內會彼此互相平行。
    另外，在一些實施例中，植床100為多層架構。例如，在植床100中，可以有多個工作平面，例如WP1和WP2，分別位於不同的高度。而在每一工作平面上都可以放置對應的工作平台，例如102和104。另外，每一工作平面WP1和WP2都有對應的監測平面，例如MP1和MP2。然而，從圖1中可以清楚的看出，監測平面MP2和工作平面WP1實質上是同一平面。另外，每一工作平面WP1和WP2與其對應的監測平面MP1和MP2分別相距預設距離D1和D2。其中，預設距離D1和D2可以相同或是不同。
    為使本發明的敘述能夠簡明，因此以下以單層的植床100結構來說明本發明。而依據以下的敘述，本領域的技術人員可以自行推得多層的植床結構。
    在植床100中，還包含一支撐架，其具有多個第一支撐桿112、114、116和118、以及多個第二支撐桿122、124、126和128。第一支撐桿112、114、116和118會朝一預設方向Z1延伸。另外，第二支撐桿122、124、126和128則位於工作平面WP1上，並且配置於工作平台102的周圍，以將工作平台102支撐在工作平面WP1。此外，每一第二支撐桿122、124、126和128皆配置並連接兩相鄰之第一支撐桿。例如，第二支撐桿122會配置並連接兩相鄰的第一支撐桿112和114。
    請繼續參照圖1，特別的是，本實施例之植床100還包括至少一監測平台106，其包括至少一滑軌132，其位於監測平面MP1上並且朝預設方向Y1延伸。另外，滑軌132會由第一支撐桿之部分所固定，例如滑軌132是由第一支撐桿112和114所固定。其中，預設方向Y1與Z1大致上彼此垂直。在一些實施例中，滑軌132可以是一電動滑軌。在本實施例中，滑軌132其具有一移動部152和一溝槽154。其中，溝槽154是沿預設方向Y1延伸。移動部152是可移動地嵌入在溝槽154內。如此一來，移動部152可以沿著溝槽154而在預設方向Y1沿著溝槽154往復移動。
    另外，監測平台106還包括一滑動構件140，其可以在滑軌132上滑動。滑動構件140包括至少一主滑動部142，其位於監測平面MP1上。另外，此主滑動部142會朝預設方向X1延伸，並且可以在滑軌132上滑動。其中，預設方向X1與Y1和Z1大致上互相彼此垂直。在本實施例中，主滑動部142可以連接至上述滑軌134中的移動部152。如此一來，主滑動部142可以由移動部152所帶動，而在預設方向Y1上沿著滑軌132往復滑動。
    在主滑動部142上，還配置有影像擷取裝置202。因此，當移動部152帶動主滑動部142在預設方向Y1上往復滑動時，影像擷取裝置202就可以擷取在工作平面WP1上之工作平台102不同位置的影像。
    而在多層的植床100結構中，滑動構件140還包括連動部144和146，以及至少一副滑動部148。在本實施例中，連動部144和146分別連接主滑動部142的兩端，並且大致上朝預設方向Z1延伸。另外，副滑動部148則大致上位於監測平面MP2上，並且朝預設方向X1延伸。而副滑動部148的兩端也會分別連接在連動部144和146。因此，當主滑動部142被移動部152牽引滑動時，連動部144和146也會帶動副滑動部148滑動。
    為了擷取工作平面WP2上之植床104的影像，在副滑動部148上也配置另一影像擷取裝置204。因此，當主滑動部142在預設方向Y1上往復滑動時，會帶動副滑動部148滑動。因此，影像擷取裝置204也會被帶動在預設方向Y1上滑動。如此一來，影像擷取裝置204就可以擷取植床104不同位置的影像。在本實施例中，上述的影像擷取裝置202和204例如是CCD攝影機、CMOS攝影機或是其它攝影/錄影器材。
    在一些選擇實施例中，監測平台106還包括另一滑軌134，以作為輔助滑軌。此滑軌134同樣配置於監測平面MP1上，而朝向預設方向Y1延伸，並且滑軌134是由未連接滑軌132之第一支撐桿的至少部分，例如116和118所固定。同樣地，滑軌134也可以讓主滑動部142在其上滑動。換句話說，當主滑動部142的第一端由滑軌132中的移動部152帶動在預設方向Y1上往復滑動時，主滑動部142的第二端也會在滑軌134上往復滑動。
    圖2繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種監測平台的系統方塊圖。請合併參照圖1和圖2，本實施例的監測系統200至少包括了影像擷取裝置202和204、致動器210、分析單元220以及滑動模組230。其中，滑動模組230包括滑動構件140，以及滑軌132和134。另外，致動器210可以利用馬達來實現，其可以電性連接滑動模組230。如此一來，致動器210就可以驅動滑軌132中的移動部152在預設方向Y1往復移動。另外，影像擷取裝置202和204可以與分析單元220連線。
    在一些實施例中，分析單元220可以是桌上型電腦或是可攜式電腦。然而，在其它實施例中，分析單元220則可以是一手持式智慧裝置。當然，分析單元220可以利用單晶片、微處理機、處理器晶片等形式來實現，本發明並不限制。此外，在一些實施例中，分析單元220還可以耦接致動器210，以控制致動器210作動，而驅動滑動構件140沿著預設方向Y1滑動。
    圖3繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種影像重建方法的步驟流程圖。請合併參照圖1到圖3，當滑動構件沿著預設方向Y1往復滑動時，影像擷取裝置202和204就可以擷取工作平台102和104上不同位置的影像，並且產生多筆影像資料IMG_Data，就如步驟S302所述。接著，這些影像資料IMG_Data會被傳送給分析單元220。藉此，分析單元220就可以如步驟S304所述，執行影像拼接演算法，以將所取得的影像資料拼接成植床的二維影像。
    接著，分析單元220可以如步驟S306所述，依據從監測平面MP1和MP2不同位置所擷取到工作平台WP1和WP2之影像之間的視差，而獲得工作平台WP1和WP2不同位置的高度資料。如此一來，分析單元220就可以執行立體視覺演算法來分析植床的二維影像和高度資料，以獲得植床的三維影像，就如步驟S308所述。
    綜合上述所言，在本發明所提出植床的監測系統及影像重建方法存有至少下列優勢：
    1.　藉由植床的監測系統所配置的影像擷取裝置從監測平面上不同的位置擷取工作平台上的影像，並獲得多個影像資料後，實現影像拼接演算法，以將所取得的影像資料拼接成植床的二維影像。
    2.　依據從監測平面不同位置所擷取到工作平台之影像之間的視差，而獲得工作平台不同位置的高度資料後，實現立體視覺演算法來分析二維影像和前述提及的高度資料，以獲得植床的三維影像。
    而在分別取得植床的二維影像及植床的三維影像後，除去雜訊、辨識植床特徵、校正空間扭曲，即可量測植株的株高、葉面積、體積等特徵以統計分析植栽生長模式，創造適當生長環境，俾提昇作物產量與品質，並可應用於探討作物生長之環境控制、生長管理、植物生理、產量評估及品質檢測。
    雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
    100．．．植床
    102、104．．．工作平台
    106．．．監測平台
    112、114、116、118、122、124、126、128．．．支撐桿
    132、134．．．滑軌
    140．．．滑動構件
    142．．．主滑動部
    144、146．．．連動部
    148．．．副滑動部
    152．．．移動部
    154．．．溝槽
    200．．．監測系統
    202、204．．．影像擷取裝置
    210．．．致動器
    220．．．分析單元
    230．．．滑動模組
    D1、D2．．．預設距離
    IMG_Data．．．影像資料
    MP1、MP2．．．監測平面
    WP1、WP2．．．工作平面
    X1、Y1、Z1．．．預設方向
    S302、S304、S306、S308．．．影像重建方法的步驟流程
    圖1繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種植床之架構的立體圖。
    圖2繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種監測平台的系統方塊圖。
    圖3繪示為依照本發明之一較佳實施例的一種影像重建方法的步驟流程圖。
    S302、S304、S306、S308．．．影像重建方法的步驟流程
    权利要求:
    Claims (8)
    [1] 一種監測系統，適用於一植床，其具有用以承載植株的一工作平台，係位於一工作平面上，而該監測系統包括：一支撐架，設置在該工作平台上，並構建出相對該工作平面的一監測平面，其中該監測平面與該工作平面在一可視範圍內彼此平行，並相距一預設距離；一滑動模組，由該支撐架所支撐，並具有一滑動構件，可在該監測平面上沿著一預設方向而滑動；一影像擷取裝置，安裝在該滑動構件上，以在該滑動構件沿該預設方向滑動時，從該監測平面上不同的位置擷取該工作平台上的影像，並獲得多個影像資料；以及一分析單元，與該影像擷取裝置連線，以執行一影像拼接演算法而將該些影像資料進行拼接，以獲得該植床的二維影像，且該分析單元還依據從該監測平面不同位置所擷取到該工作平台之影像之間的視差，而獲得該工作平台不同位置的高度資料，以及執行一立體視覺演算法來分析該二維影像和該些高度資料，以獲得該植床的三維影像。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之監測系統，其中該影像擷取裝置為照相機或攝影機之其中之一。
    [3] 如申請專利範圍第1項所述之監測系統，其中該分析單元為一桌上型電腦或一可攜式電腦。
    [4] 如申請專利範圍第1項所述之監測系統，其中該分析單元為一手持式智慧裝置。
    [5] 如申請專利範圍第1項所述之監測系統，其中該分析單元為一軟體產品。
    [6] 一種影像重建方法，適用於一植床，其具有用以承載植株的一工作平台，係位於一工作平面上，而該影像重建方法包括下列步驟：從相對於該工作平面之一監測平面上的不同位置擷取該工作平台的影像，而獲得多個影像資料，其中該監測平面與該工作平面在一可視範圍內彼此平行，並相距一預設距離；以及執行一影像拼接演算法，以將所取得的影像資料拼接成該植床的一二維影像。
    [7] 如申請專利範圍第6項所述之影像重建方法，更包括下列步驟：依據從該監測平面不同位置所擷取到該工作平台之影像之間的視差，而獲得該工作平台不同位置的高度資料；以及執行一立體視覺演算法來分析該二維影像和該些高度資料，以獲得該植床的一三維影像。
    [8] 如申請專利範圍第6項所述之影像重建方法，其中該些影像資料是以彩色樣式被顯示。
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