[發明專利]一種3D植物葉片輪廓的提取方法、裝置及系統

有效

• 申請號: 201811599751.4
• 申請日: 2018-12-26
• 公開（公告）號: CN109934837B
• 公開（公告）日: 2023-04-28
• 發明（設計）人: 曾蘭玲;金小剛;秦謙;張玲玲
• 申請（專利權）人: 江蘇名通信息科技有限公司
• 主分類號: G06T7/13
• 分類號: G06T7/13;G06T7/181
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林;俞翠華

本發明公開了一種3D植物葉片輪廓的提取方法、裝置及系統，包括：獲取葉片的3D點云數據，對3D點云數據進行預處理得到3D點云模型1；將3D點云模型1放入三維空間坐標中，并旋轉到XOY平面的位置，投影3D點云模型1中的點云到XOY平面，得到當前位置3D點云模型1的二維圖像；對當前位置3D點云模型1的二維圖像進行背景處理，得到二維葉片輪廓的圖像；將二維的葉片輪廓圖像放入三維空間坐標中，調整二維葉片輪廓圖像的位置使其與3D點云模型1平行，通過最短距離匹配算法，找出與二維葉片輪廓對應的3D點，連接所有的對應的3D點形成的輪廓即為3D植物葉片輪廓。本發明在實際操作中所需的時間較少，且從空間上來說，實際存儲對象為3D點云模型中的點的信息，所需的存儲需求量較小。

技術領域

本發明屬于計算機圖形處理與人機交互領域，具體涉及一種3D植物葉片輪廓的提取方法、裝置及系統。

背景技術

3D植物葉片輪廓的提取是計算機圖形學和計算機視覺等前沿學科研究的內容之一，也是3D植物建模的重要組成部分。在三維點云中，由于3D葉片模型中的點云數量繁多以及點與點之間的關聯度不是很強，因此，如何準確高效地在三維點云空間提取出植物葉片的輪廓將會是一個具有挑戰性的課題。

目前植物模型輪廓提取的方法主要采用的是轉化為網格模型，從而來提取出植物的外輪廓，但是網格模型拓撲結構復雜，計算量和存儲量較大。因此，雖然采用轉化網格模型的方法是可以提取出植物的外輪廓的，但是在時間和空間上面所需要消耗的代價是很大的

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種3D植物葉片輪廓的提取方法、裝置及系統，首先對原始的植物葉片進行三維掃描得到葉片的3D點云數據；然后對葉片的3D點云數據進行去噪簡化處理，得到葉片的3D點云模型；接著獲取去噪簡化后的葉片的3D點云模型在三維空間中特定位置處的二維圖像，并且對二維圖像背景處理得到二維葉片輪廓圖像；最后通過最短距離匹配算法即可獲得葉片3D點云模型的輪廓。

實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現：

第一方面，本發明提供了一種3D植物葉片輪廓的提取方法，包括：

(1)獲取某一植物葉片的3D點云數據，并對所述3D點云數據進行預處理，得到葉片的3D點云模型1；

(2)將所述3D點云模型1放入三維空間坐標中，并且將3D點云模型1旋轉到XOY平面的位置，投影3D點云模型1中的點云到XOY平面，得到當前位置3D點云模型1的二維圖像；

(3)對所述當前位置3D點云模型1的二維圖像進行背景處理，得到二維葉片輪廓圖像；

(4)將所述二維葉片輪廓圖像放入步驟(2)中的三維空間坐標中，調整所述二維葉片輪廓圖像的位置使其與所述3D點云模型1平行，通過最短距離匹配算法，找出3D點云模型1中與所述二維葉片輪廓圖像對應的3D點，連接所有的所述對應的3D點形成的輪廓即為所述3D植物葉片輪廓。

優選地，所述對所述3D點云數據進行預處理，包括以下子步驟：

1.1)選擇起始點S₁，所述起始點S₁的表達式為：

其中，n_i表示第i個3D點，所述3D點云共有p個，表示p個3D點的平均點，k表示鄰域個數，a表示閾值；

1.2)尋找起始點S_i的周圍的最近的k個相鄰點，i表示第i個起始點；

1.3)判斷起始點S_i與步驟1.2)中k個相鄰點的歐式距離是否小于閾值a，如果是，則刪除該點，選取該點最近的相鄰點為下一個起始點S_i，轉步驟1.2)，如果所述k個相鄰點與起始點S_i的距離均大于閾值a，則記錄所述k個鄰域點，并轉步驟1.4)；