[發明專利]一種基于3D相機的活體秦川牛體尺測量方法

在審

• 申請號: 202011099509.8
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN114429497A
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 侯紫霞;黃鋁文;饒琴琴;邱事成
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學
• 主分類號: G06T7/60
• 分類號: G06T7/60;G06T7/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

該發明專利名為一種基于3D相機的活體秦川牛體尺測量方法。通過3D激光相機獲取室內規則物體點云圖像，運用濾波、分割、曲線擬合及校正等算法，經坐標變換，利用空間曲線長度測量方法，最終實現目標牛體11項體尺即體高、腰高、體斜長、尻長、胸寬、尻寬、胸圍、腹圍、管圍、臀寬高、腰角寬非接觸測量功能，在一定程度上克服了人工測量牛體尺難度大、效率低的難題。

所屬技術領域

本發明涉及TOF(Time of Flight)相機(IFM O3D303)獲得秦川牛的三維點云數據，實現了安全便捷的精確體尺測量方法。

背景技術

隨著科學技術發展，三維重建與點云處理技術已較普及，現有的用于體型測量技術的點云獲取設備大多為激光掃描儀，但是激光掃描儀結構較為復雜，在實際操作過程中難以推廣，且測量現場的操作情況直接影響點云數據疏密程度，非常可能會給后期數據處理帶來較大不便。

發明內容

本發明利用TOF(Time of Flight)相機(IFM O3D303)獲取牛的三維圖像，對點云數據進行曲線擬合和曲面重構優化等方法，結合真彩色相機，并且人工點選牛體關鍵特征部位操作，實現活體牛的腰高、體高、背高、胸寬、體斜長、尻長、臀端高、管圍、腹圍、尻寬、胸圍11項體尺的精確測量。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：采用在Windows 10系統中，在Visual Studio 2015結合IFM O3D303 傳感器的軟件開發套件PMDSDK2、編譯工具CMake2.8、點云庫(Point Cloud Point Cloud Library，PCL)的混合開發環境下，采用C++語言實現對拍攝場景的三維點云數據的實時獲取和處理以達到獲取所需體尺數據的目的。在對點云數據的各種濾波去噪方法、點云分割方法、點云特征檢測方法、和三維曲面重建的算法進行深入的研究后，結合實際應用進行分析，選擇合適的理論和算法來對原始數據進行各項處理，分離背景并對活體秦川牛的信息進行數字化，即三維模型重建。對于不同部位的測量方法也不同，選擇測量點獲得相應直線尺寸體尺(腰高、體高、背高、胸寬、體斜長、尻長、臀端高、尻寬) 數據。在不同肢體圍度中，將三維模型利用分割技術將目標部位在誤差范圍內分割出牛體特征曲面，并在此圖像上取點經坐標變換、最小二乘法以及高斯曲線擬合法進行散點曲線擬合，利用MATLAB實現目標牛體胸圍、腹圍的測量。根據三點不在同一直線構成三角形求其外接圓的方法，計算外接圓的周長以對牛體管圍數據進行獲取。

本發明的有益效果是，達到不直接接觸牛體就能對牛完成體尺測量的目的。

附圖說明

圖1秦川牛的體尺數據測量示意圖

圖2相機校正流程圖

圖3活體秦川牛直線體尺測量流程圖

圖4活體秦川牛胸圍、腹圍測量流程圖

圖5活體秦川牛管圍測量流程圖

具體實施方案

在圖2中，設計圖形操作界面，運用3D相機獲取室內靜態/移動規則物體，獲取原始點云圖像。經過降噪、分割、曲線擬合等預處理，校正相機位置參數。

在圖3中，制作相機支架，采集目標活體牛的點云圖像，經過預處理后，對牛體點云圖像進行曲面重構，在3D重建的模型圖上設置熱點交互，人工鼠標點選測量部位間的體尺數據。

在圖4中，進行點云圖像預處理以及曲面重構后，通過一致性、歐式聚類沿右手坐標系的x軸方向分割，將牛體分割為一半，再沿z軸在目標部位周圍分割，人工鼠標點選測量三維部位，對已采集的散點坐標數據進行曲線擬合，利用MATLAB 對曲線函數進行運算獲取該部分體尺長度，最終將獲得的體尺長度乘以2得到整個體尺長度。

在圖5中，通過一致性、歐式聚類沿右手坐標系的y軸方向在管圍上下部分進行分割，在管圍處確定三個不在同一直線上的點，經坐標變換，構成三角形，通過三角形的外接圓周長近似獲取。其計算公式為：①②③④C＝2πR。式中L₁、L₂、L₃——三角形三邊長p—三角形周長的一半s—三角形的面積R—三角形的外接圓半徑C—外接圓周長。