[發(fā)明專利]基于序列圖像的果穗三維重建方法

有效

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• 申請日: 2012-12-25
• 公開（公告）號: CN103077559A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設計）人: 趙春江;杜建軍;郭新宇;王傳宇;肖伯祥
• 申請（專利權(quán)）人: 北京農(nóng)業(yè)信息技術研究中心
• 主分類號: G06T17/30
• 分類號: G06T17/30
• 代理公司: 北京路浩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發(fā)明涉及計算機圖像處理技術領域，特別涉及一種基于序列圖像的果穗三維重建方法。

背景技術

隨著農(nóng)業(yè)信息化技術的快速發(fā)展，農(nóng)產(chǎn)品的三維數(shù)字化受到廣泛重視。應用三維造型技術建立農(nóng)產(chǎn)品的三維可視化模型，不僅有利于農(nóng)業(yè)科研人員進行品種觀察和分析，而且有利于農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的推廣與虛擬展示，促進現(xiàn)代農(nóng)業(yè)向定量化、可視化方向發(fā)展。

基于圖像的三維重建，是虛擬現(xiàn)實的重要研究方向之一，它利用相機從不同角度拍攝圖像，結(jié)合相機內(nèi)外參數(shù)重建出拍攝物體的三維模型。該方法數(shù)據(jù)獲取方便，具有成本低、自動化程度高的特點。

三維重建得到的模型，可用于計算常規(guī)方法難以直接測定的物體形態(tài)結(jié)構(gòu)指標參數(shù)，比如物體表面積、體積以及物體上任意特征位置的空間距離等。進行紋理貼圖后的三維模型，具有較強真實感，可用于虛擬展示和三維動畫制作。

果穗三維重建，包括手工測量果穗形態(tài)參數(shù)進行重建、使用三維激光掃描儀得到果穗表面點云進行表面重建和通過拍攝多張果穗圖像進行三維重建等方法。第一種方法采用手工測量果穗三維結(jié)構(gòu)形態(tài)，存在獲取的數(shù)據(jù)點集有限、物體表面坐標精度較差、紋理圖像與三維果穗模型難以吻合等問題，僅適合非常簡單的果穗三維重建；第二種方法可以獲得果穗表面的精確三維點云，但缺點是難以直接得到果穗表面的顏色紋理屬性，并且操作復雜，得到的點云數(shù)據(jù)龐大，需要大量后期處理工作。相較而言，基于圖像的果穗三維重建，數(shù)據(jù)獲取簡單方便，獲取的果穗圖像不僅包含了果穗和籽粒的形態(tài)結(jié)構(gòu)，也包含了果穗的顏色紋理屬性，由于目前沒有基于序列圖像的果穗三維重建方法，因此上述方法為果穗三維重建、定量計算和可視化提供了數(shù)據(jù)基礎。

發(fā)明內(nèi)容

（一）解決的技術問題

本發(fā)明解決的技術問題是提出一種基于序列圖像的果穗三維重建方法，使得果穗的三維重建更簡單、真實。

（二）技術方案

本發(fā)明提出了一種基于序列圖像的果穗三維重建方法，所述方法包括：

S1、獲取預定數(shù)目的果穗圖像，并對所述果穗圖像進行預處理，得到果穗外輪廓圖像，所述果穗圖像攜帶三維果穗信息；

S2、對所述果穗外輪廓圖像進行校正；

S3、根據(jù)校正后的所述果穗外輪廓圖像，獲得所述果穗的輪廓圖像，并建立輪廓點三維坐標系；

S4、對輪廓點集進行插值或采樣，建立所述果穗的三維表面網(wǎng)格模型；

S5、根據(jù)所述果穗三維表面網(wǎng)格模型，計算所述果穗的表面積和體積，并根據(jù)所述果穗圖像攜帶的三維果穗信息，建立三維果穗模型。

優(yōu)選地，步驟S1中所述獲取果穗圖像具體包括：

S11、將果穗固定在旋轉(zhuǎn)軸預定點，利用相機在預定位置處拍攝果穗，得到第一張果穗圖像；

S12、將果穗沿旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)預定角度，利用相機在所述預定位置處拍攝果穗，得到第二張果穗圖像；

S13、重復步驟S12，當獲取到所述預定數(shù)目的所述果穗圖像時結(jié)束。

優(yōu)選地，所述預定數(shù)目至少為兩張。

優(yōu)選地，若所述預定數(shù)目為兩張，則獲取的所述果穗圖像為兩張正交圖像；

若所述預定數(shù)目為大于等于三張，則獲取的所述果穗圖像中有兩張為正交圖像。

優(yōu)選地，步驟S1中對所述果穗圖像進行預處理具體包括：

S14、確定所述果穗圖像的背景閾值；

S15、根據(jù)所述背景閾值確定所述果穗外輪廓圖像。

優(yōu)選地，步驟S2具體包括：

S21、計算所述果穗外輪廓圖像的有向包圍盒；

S22、根據(jù)所述有向包圍盒建立所述果穗的局部坐標系；

S23、通過旋轉(zhuǎn)使得所述果穗的中心軸垂直于水平線，并將所述果穗外輪廓圖像中所述果穗的高度縮放為標準高度。

優(yōu)選地，步驟S23中所述標準高度通過以下公式獲得：

H=H1+H22]]>