[發明專利]一種測度谷粒表面積和投影參數的新方法

有效

• 申請號: 201911170465.0
• 申請日: 2019-11-26
• 公開（公告）號: CN110866947B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 唐啟源;王小卉;李緒孟;戴含;鄧瑩萍
• 申請（專利權）人: 湖南農業大學
• 主分類號: G06T7/62
• 分類號: G06T7/62;G06V10/762
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種利用三維掃描儀獲得谷粒點云測度谷粒形態參數的新方法。本發明測度谷粒形態參數包括：測度谷粒的表面積、谷粒投影面積和投影周長。本發明涉及測量方法、激光點云處理、圖像幾何變換和數值計算等技術領域。包括點包括點云圖像獲取、激光點云處理、圖像幾何變換、數值計算等步驟。本發明通過三維掃描的方式批量獲取水稻谷粒激光點云，基于圖像幾何變換和點云聚類提取單個水稻谷粒激光點云，通過對水稻谷粒激光點云的數值分析提取水稻谷粒的谷粒表面積、谷粒投影面積和投影周長。本發明可用于不同品種谷粒形態量化分析，秕谷和實粒的分類。

技術領域

本發明涉及一種測度谷粒表面積、投影面積和投影周長的新方法，本發明涉及測量方法、激光點云處理、圖像幾何變換和數值計算等技術領域。

背景技術

稻谷粒形性狀是構成水稻產量的重要因素之一，同時也影響著稻米的外觀品質。隨著人們生活水平提高和稻米市場開放，對米質的需求谷粒越來越高，不僅要口味適，而且要外形美觀。同時谷粒形態性狀受基因控制，研究人員借助現代高通量測序技術，在水稻中定位并克隆了控制谷粒長度和產量的基因，其表達產物能夠負向調控谷粒的大小和重量，如將該基因的大粒等位基因導入主栽品種‘黃華占’中可以提高產量10％以上。

因此，谷粒形態是谷粒重要的表型指標，是水稻品種選育和品種評價的重要指標。由于谷粒形態小且呈不規則，現有使用游標卡尺測量谷粒形態指標的方法操作難度大、通量低、精度受人為因素影響大，不能適應現代水稻性狀研究的需要。現有使用圖像處理測量谷粒形態指標的方法有效解決測量谷粒的長寬的問題，但是也存在不能測量谷粒的表面積的缺陷。

本發明公開了一種利用三維掃描儀獲得谷粒點云測度谷粒形態參數的新方法。本發明測度谷粒形態參數包括：測度谷粒的表面積、谷粒投影面積和投影周長。本發明通過三維掃描的方式批量獲取水稻谷粒激光點云，基于圖像幾何變換提取單個水稻谷粒激光點云，通過對水稻谷粒對激光點云的數值分析提取水稻谷粒的表面積、谷粒投影面積和投影周長。本發明估算谷粒表面積、谷粒投影面積和投影周長，通量高、精度好，可用于谷粒性狀的比較分析。

發明內容

本發明目的在于提供一種利用三維掃描儀獲得谷粒點云測度谷粒形態參數的新方法，提高測量通量，同時獲得精確度較高的谷粒表面積、谷粒投影面積和投影周長，本發明采用的技術方案流程如圖1所示。

1.一種測度谷粒表面積和投影參數的新方法，其特征在于該方法包括步驟：

S1.圖像獲取(如圖2)，使用藍光三維掃描儀530P/A(Blue Light 3D ScanningSystem530P/A)掃描，獲得背景板的激光點云數據BGCP(x,y,z),x,y,z為點云的空間坐標)；將水稻谷粒批量放置在背景板上，獲得水稻谷粒和背景板的激光點云數據CPG1(x,y,z),x,y,z為點云的空間坐標,將放置水稻谷粒批量的背景板旋轉180°，再次獲得水稻谷粒和背景板的激光點云數據CPG2(x,y,z)，x,y,z為點云的空間坐標)；

S2.使用matlab編程對點云處理，計算谷粒表面積、谷粒投影面積和投影周長三個形態參數，處理過程如下：

S2-1、取背景板BGCP(x,y,z)的中心BGCPc(x0,y0,z0),平移背景板：BGCP＝BGCP-BGCPc，使得中心點BGCPc為原點，使用空間平面函數擬合背景板點云BGCP(x,y,z)，求出背景板平面a×BGCPx+b×BGCPy+c×BGCPz+d＝0,背景板平面法向量為n＝(a,b,c),計算背景板平面與xoy平面的夾角θ＝arccos(|n*n1|/(|n|*|n1|))，其中n1＝(0,0,1)為xoy平面的法向量。

S2-2、谷粒點云拼接(結果如圖4)，基于EinScan-S series_v2.7.0.8自帶的軟件拼接谷粒點云CPG1(x,y,z)和谷粒點云CPG2(x,y,z)，以消除單次掃描的空洞，拼接后的點云記為CPG。