[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

本發明實施例提供一種植物三維點云分割方法及系統，該方法包括：分割出目標植株三維點云中的莖點云；將目標植株三維點云從全局坐標系轉換到局部坐標系；提取出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；從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；根據最優莖點集和每一最優非莖點集，獲取目標植株中的莖和每一非莖器官。本發明實施例可實現植物植株中莖稈、葉片、雄穗和雌穗器官的三維點云分割；并且對于器官密集的場景，也能進行高精度的分割。

技術領域

本發明涉及計算機技術領域，尤其涉及一種植物三維點云分割方法及系統。

背景技術

利用三維掃描儀、多視角三維重建等技術手段，可以獲得玉米植株的三維點云數據，然而，如何通過植株三維點云數據獲取到面向農業科學研究的玉米植株表型參數，或，如何通過植株三維點云數據獲取到面向可視化應用的三維網格模型，是植物三維數據處理與應用中面臨的重要問題。其中，如何將玉米植株三維點云進行準確、高效的分割，得到器官尺度的三維點云數據集，是玉米植株點云數據處理中的重要環節。

玉米植株三維點云分割目前主要包括以下幾類方法：

(1)基于骨架的分割方法。這類方法首先提取玉米植株的骨架，之后根據骨架拓撲進行器官骨架的分割，最后利用骨架點與原始點云的關系進行器官點云分割。該方法的難點在于如何獲得質量較好的骨架，目前技術對于葉片完全展開、葉片間距較大的植株點云效果不錯，但是當葉片較多、葉片密集的情況，很難提取用于分割的骨架，同時骨架方法也不能提取玉米雌雄穗。

(2)基于機器學習的方法。這類方法通過大量的手工器官點云標注對器官點云特征進行學習，之后通過構建的模型對點云進行分類和分割。這類方法只能對與樣本相近的玉米植株器官進行識別，而玉米的品種非常多，且器官形態差異性非常大，很難構建通用的模型進行點云分割，同時這類方法目前的分割準確率也較低。

(3)基于區域增長的方法。這類方法主要用于莖—葉分割中，通過區域增長算法先對莖點云進行分割，之后再從葉莖交匯處開始，通過區域增長分割每個葉片點云。這類方法很難通過設置參數將密集的葉片進行分割。

以上三種玉米點云分割方法只是解決了葉片間距大的玉米莖-葉器官的點云分割問題，當多個葉片挨在一起等葉片之間間距較小的情況下，無法進行高質量的分割，同時，也不能進行雄穗和雌穗的分割。總體看，當器官非常密集時，分割誤差非常大。

發明內容

為了解決上述問題，本發明實施例提供一種植物三維點云分割方法及系統。

第一方面，本發明實施例提供一種植物三維點云分割方法，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。

優選地，所述分割出目標植株三維點云中的莖點云，具體包括：