[發(fā)明專利]基于點云數(shù)據(jù)的地面點擬合、作物高度提取的方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210163899.3
• 申請日: 2022-02-22
• 公開（公告）號: CN114548277B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發(fā)明（設計）人: 行敏鋒;周曉哲
• 申請（專利權）人: 電子科技大學;電子科技大學長三角研究院（湖州）
• 主分類號: G06V10/762
• 分類號: G06V10/762;G06T7/11;G06V20/17
• 代理公司: 重慶航圖知識產權代理事務所(普通合伙) 50247
• 代理人: 孫方

本發(fā)明公開一種基于點云數(shù)據(jù)的地面點擬合、作物高度提取的方法及系統(tǒng)，首先獲取帶有種植物區(qū)域的三維點云數(shù)據(jù)；然后確定種植物冠層數(shù)據(jù)信息；再結合地面起伏信息確定地面點云數(shù)據(jù)；并擬合缺失高程數(shù)據(jù)的地面點，最后，根據(jù)冠層頂部點和擬合后的地面點，計算采樣區(qū)域內的種植物高度。本發(fā)明提供的方法通過提取點云中實際存在的地面點，對點云各部分的有效程度進行了分析，通過基于高程和坡度來提取地面點，基于真實地面點對缺失地面點的高程進行擬合，消除地形起伏所產生的誤差，適用性更高，進而從原始點云中濾出有效點云進行就可以進行作物高度的提取，同時排除無效點云干擾，降低后續(xù)處理的復雜程度，克服了地形起伏對提取作物高度帶來的誤差。

技術領域

本發(fā)明涉及點云數(shù)據(jù)處理技術領域，特別是一種基于點云數(shù)據(jù)的地面點擬合、作物高度提取的方法及系統(tǒng)。

背景技術

農作物高度在準確監(jiān)測作物生長狀況、預測作物產量和優(yōu)化農業(yè)生產管理方面發(fā)揮著重要作用，本發(fā)明中的農作物高度是指從頂部到地面的距離。傳統(tǒng)的作物高度估算方法主要是逐層統(tǒng)計和大面積野外人工測量，但存在測量時間和人力資源的浪費，以及空間分布信息的缺乏等主要問題。過去隨著遙感技術的快速發(fā)展，有很多基于衛(wèi)星遙感影像的大面積植被研究。例如，通過計算不同的植被指數(shù)，提取作物信息來評價作物生長狀況。然而，通過對單一遙感影像的解讀來計算作物參數(shù)仍有很多局限性，如云霧的遮擋、影像拍攝的時間限制和植被冠層結構信息的缺乏等。近年來，利用LiDAR獲取農作物信息的方法已經出現(xiàn)。作為一種主動式遙感技術，LiDAR通過對其獲得的點云進行處理，可以有效地重建冠層結構，且不受時間限制，是一種準確提取作物參數(shù)的技術方法。

隨著計算機視覺的發(fā)展，通過SfM(Structure?from?Motion)算法即可基于數(shù)字影像進行三維重建，進而生成正射影像、數(shù)字表面模型和三維點云等。SfM是一種計算機視覺技術，它結合了多視角立體圖像來匹配特征，推導出三維結構，并估計相機的位置和方向。相比于在日常應用中價格昂貴的LiDAR設備，相反SfM使用移動的相機來確定靜止目標的空間和幾何關系，只需要一個普通的數(shù)碼相機就可以準確地進行三維重建，生成與激光雷達數(shù)據(jù)相似的三維點云，同時成本較低，應用范圍廣。此外無人機有著結構簡單、使用成本低且機動性高的優(yōu)勢，無人機遙感是當前研究的熱點課題，現(xiàn)已逐步從研究開發(fā)發(fā)展到了實際應用階段，成為未來的主要航空遙感技術之一。

目前，基于數(shù)字影像或激光雷達生成三維點云的過程中，并沒有區(qū)分和標記被測物的種類。因此在處理點云時需要先對地面點和目標物進行區(qū)分，或是對異常值進行濾波后才能獲得有效信息，常見的有閾值濾波、移動長方體濾波、布料濾波，漸進三角網加密等方法。隨著過濾方法和應用場景的多樣化，閾值的選定也越來越復雜。盡管以上方法適用于了絕大多數(shù)的應用場景，但對于基于SfM生成的農作物的點云來說，作物之間的狹小間距導致不同株葉片之間存在著不同程度的遮擋現(xiàn)象，這使得部分作物下方的土壤無法被無人機影像采集。所以在這種地面點殘缺的情況下，點云無法滿足以上方法對樣本的要求。

當前雖然有很多基于無人機點云提取農作物參數(shù)的研究，其中大部分是以去除離群點為主要思路改善作物高度的提取精度，但是，實際上在更加廣泛的作物區(qū)中，地形起伏往往會給作物高度的提取帶來更加明顯的誤差，因而，通過去除離群點來提高提取作物高度的精度的方法是無法地形起伏帶來的誤差。

發(fā)明內容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于點云數(shù)據(jù)的地面點擬合、作物高度提取的方法及系統(tǒng)，該方法利用基于無人機采集的點云數(shù)據(jù)進行擬合地面點以及提取農作物高度。

為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：

本發(fā)明提供的基于點云數(shù)據(jù)的地面點擬合方法，包括以下步驟：

獲取帶有種植物區(qū)域的三維點云數(shù)據(jù)；

根據(jù)點云數(shù)據(jù)確定種植物冠層數(shù)據(jù)信息；

根據(jù)冠層數(shù)據(jù)信息和地面起伏信息確定地面點云數(shù)據(jù)；