[發明專利]一種植物三維點云分割方法及系統

在審

• 申請號: 202010475872.9
• 申請日: 2020-05-29
• 公開（公告）號: CN111768413A
• 公開（公告）日: 2020-10-13
• 發明（設計）人: 溫維亮;苗騰;郭新宇;吳升;盧憲菊
• 申請（專利權）人: 北京農業信息技術研究中心
• 主分類號: G06T7/11
• 分類號: G06T7/11
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 張琪

1.一種植物三維點云分割方法，其特征在于，包括：

分割出目標植株三維點云中的莖點云，所述目標植株的三維點云包括莖點云和非莖器官點云，分割出的莖點云組成初始莖點集；

將所述目標植株三維點云從全局坐標系轉換到局部坐標系；

根據所述局部坐標系中每一非莖器官點云的Z值，提取出所述目標植株中每一非莖器官的最高點，并將每一非莖器官的最高點分別加入對應的初始非莖器官點集中；

將所有待分割點按照Z值從大到小的順序，依次計算每一待分割點與每一初始非莖器官點集之間的距離和每一待分割點與所述初始莖點集之間的距離，從所述初始莖點集和每一初始非莖器官點集中選取出每一待分割點對應的目標集，并將每一待分割點加入到對應的目標集中，所述待分割點為去除所有莖點云、所有非莖器官的最高點之外的其它點；

獲取最優莖點集和每一最優非莖器官點集，根據所述最優莖點集和每一最優非莖點集，獲取所述目標植株中的莖和每一非莖器官。

2.根據權利要求1所述的植物三維點云分割方法，其特征在于，所述分割出目標植株三維點云中的莖點云，具體包括：

獲取所述目標三維植株的頂端莖點和底端莖點，將所述頂端莖點和所述底端莖點加入所述初始莖點集中；

對于當前種子點，將所述當前種子點的第一預設半徑內的所有三維點作為當前莖點，并將所有當前莖點加入所述初始莖點集；

根據所有當前莖點到所述當前種子點形成的中值歸一化向量和所述底端莖點到所述頂端莖點之間形成的歸一化向量，計算所述當前種子點的生長方向；

根據所述當前種子點的坐標、所述第一預設半徑和所述生長方向，計算下一種子點的坐標；

計算所述下一種子點到基準線的投影點，若所述投影點未超過所述頂端莖點，將所述下一種子點重新作為所述當前種子點，重復上述過程，直到投影點超過所述頂端莖點，獲取所述初始莖點集，所述基準線經過所述頂端莖點和所述底端莖點，所述基準線的方向與所述生長方向相同。

3.根據權利要求2所述的植物三維點云分割方法，其特征在于，所述根據所有當前莖點到所述當前種子點形成的中值歸一化向量和所述底端莖點到所述頂端莖點之間形成的歸一化向量，計算所述當前種子點的生長方向，具體計算公式如下：

其中，表示所述當前種子點的生長方向，表示所有當前莖點到所述當前種子點形成的中值歸一化向量，表示所述底端莖點到所述頂端莖點之間形成的歸一化向量，|| ||₂表示L₂范式距離，median表示中值運算，A表示所有當前莖點組成的集合，α表示第一預設權重，β表示第二預設權重，p_A表示任一當前莖點，s_k表示所述當前種子點，s_n表示所述頂端莖點，s₀表示所述底端莖點。

4.根據權利要求2所述的植物三維點云分割方法，其特征在于，所述根據所述當前種子點的坐標、所述第一預設半徑和所述生長方向，計算下一種子點的坐標，具體計算公式如下：

其中，s_k+1表示所述下一種子點的坐標，s_k表示所述當前種子點的坐標，R₁表示所述第一預設半徑，v_k表示所述生長方向。

5.根據權利要求1所述的植物三維點云分割方法，其特征在于，所述將所述目標植株三維點云從全局坐標系轉換到局部坐標系，具體包括：

將所有莖點云的中點作為所述局部坐標系的原點；

將所述全局坐標系中的所有三維點投影到以所述局部坐標系的Z軸為法向量的平面上，通過主成分分析法，獲取所有三維點云的投影的第一主成分向量和第二主成分向量；

將所述第一主成分向量作為所述局部坐標系的X軸；

將所述第二主成分向量作為所述局部坐標系的Y軸。