[發明專利]基于三維點云的烤煙三維模型構建方法

在審

• 申請號: 202111301940.0
• 申請日: 2021-11-04
• 公開（公告）號: CN114187402A
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 葉協鋒;張芊;胡心雨;李雪利;姚鵬偉;武云杰
• 申請（專利權）人: 河南農業大學
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 鄭州盈派知識產權代理事務所(普通合伙) 41196
• 代理人: 樊羿;張曉輝

本發明公開了一種基于三維點云的烤煙三維模型構建方法，旨在解決現有技術中無法定量的探究烤煙和外界環境的互作關系的技術問題。本發明采用三維掃描儀從個體角度上對烤煙進行掃描，以獲取烤煙的形態結構信息，對獲取的數據進行處理從而建立烤煙的三維模型并且實現煙株的可視化，還可對三維掃描儀的精度進行評估。本發明基于三維點云的烤煙三維模型的精度較高，且采用三維掃描儀獲取點云數據的效率更高，所建立的烤煙三維模型可以很好的反映烤煙的形態特征、乃至煙葉表面的紋理特征，可為冠層光輻射、光合作用等的研究奠定了堅實的技術基礎。

技術領域

本發明涉及植株三維建模技術領域，具體涉及一種基于三維點云的烤煙三維模型構建方法。

背景技術

目前無人機在煙草生長發育的監測過程中已經得到較廣范圍的應用，如病蟲害的監測、生長發育狀況的監測等。近年來，隨著各種植物表型獲取手段的成熟和快速發展，以植物表型為基礎的大數據體系逐漸形成。在此大環境下，更加需要進行多學科的交叉融合，探究“基因型-表型-環境”之間的關系和內在規律，進而推動農業科學的發展。

煙草是我國重要的經濟作物，更應該注重煙草表型組學的研究。但目前煙草植物表型數據的提取多集中于煙草群體，缺乏對煙株個體的研究；而且傳統研究多是通過田間測定煙株農藝性狀來確定烤煙株型參數。

烤煙的生長發育也同樣和外界環境密切相關，前人就外界環境對烤煙的影響做出過很多研究，但并非定量的探究烤煙和外界環境的互作。例如，探究烤煙冠層光分布與烤煙的關系，很多常規的方法難以對其進行深入的研究。而隨著自然科學和計算機科學的發展，三維重建在植物中的應用會越來越廣泛，其在烤煙株型、烤煙光合模型以及冠層光輻射中等的應用也極具價值，但目前針對煙草烤煙三維建模方面的研究還存在著很多有待解決的問題。如，魏學禮等認為應用徠卡ScanStation2和Vivid9i兩款三維激光掃描儀對植株進行掃描時，則有葉片相互遮擋，無法顧及細節；郭焱等人采用FastSCAN三維激光掃描儀對烤煙植株進行掃描，但是綠葉會吸收儀器發射的紅光而導致不能正常地接收返回植物信息；另外，王劍等人指出FastSCAN三維激光掃描儀會受到磁場的干擾而使探棒無法定位，從而影響其掃描或建模精度。

公開于該背景技術部分的信息僅僅旨在加深對本發明總體背景技術的理解，而不應當被視為承認或以任何形式暗示該信息構成本領域技術人員所公知的現有技術。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于三維點云的烤煙三維模型構建方法，以解決現有技術中無法定量的探究烤煙和外界環境的互作關系的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

設計一種基于三維點云的烤煙三維模型構建方法，包括如下步驟：

（1）點云數據：于無風擾動環境下，以Artec Eva三維掃描儀對選取的個體煙株進行三維掃描，獲得煙株的點云數據；

（2）點云配準：點云配準包含基于靶標的配準和基于形狀的配準兩種方式，即通過尋找相同的點，然后將矩陣帶入數學模型中進行計算和轉換，即可得到統一在同一坐標系下的坐標。如，可采用Artec Studio進行配準，其中包含粗略配準、精細配準和整體配準，可依照需求進行選擇。

（3）點云去噪：由于噪點的存在會影響模型的精度，基于Artec Studio的離群噪點去除功能，計算點云數據之間的距離，以到點云各個點距離和最小的點作為點云中心，將離點云中心的距離超過點云半徑2～3倍的點作為噪點刪除。

（4）孔洞修補：采用基于散亂點云的孔洞修復，即先識別點云孔洞的邊界，進而建立孔洞的曲面函數以實現孔洞的修復。將孔洞中最尖銳的突起點和相鄰兩個點建立三角區域從而實現對該區域的修補。

在所述步驟（1）中，以Artec Eva三維掃描儀掃描獲取點云數據。

在所述步驟（1）中，掃描時儀器和掃描面保持垂直并勻速移動，且距離應在0.4～1m。