[发明专利]基于图像的植物三维形态测量与重建方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及基于图像的三维建模技术领域，尤其涉及一种基于图 像的植物三维形态测量与重建方法及系统。

背景技术

农业是中国国民经济的基础。农业信息化是本世纪农业发展的重 要标志，也是农业现代化的重要组成部分。在农业信息化实施过程中， 农业通过信息化可以获得倍增效益。信息业可以通过对农业的信息软 硬件服务形成农业信息产业，最终形成农业与信息业双赢的良好局 面。现代农业在农业生产、流通等各个环节都离不开信息服务，农业 信息已经涉及到了农业生产、流通的方方面面，加之信息本身的增效 作用，使得农业信息服务的各环节都会有效益产生。

随着农业信息化技术的快速发展，新兴的虚拟现实技术在农业领 域也越来越多地得到应用，特别值得一提的是，虚拟农业已经成为我 国农业发展的一个重要趋势，虚拟农业不但可以将农业作物数字化， 而且还能够为科研者提供方便的交互性操作与观察等，对于推动农业 发展有着巨大的作用。

随着虚拟现实技术的发展，它对模型的需求日益增大。基于图像 的三维重建方法以其快速便捷的优势在虚拟现实技术中被广泛应用。 基于图像的三维重建是虚拟现实的一个重要研究方向，其主要目的是 通过相机拍摄得到的图像，捕获相机内外参数并重建拍摄目标物体的 三维模型。该方法与传统的三维建模方法相比，例如三维模型软件或 者激光扫描仪等，具有成本低、自动化程度高等特点，且模型基本符 合拍摄目标物体的几何结构。

传统的农业领域中获取作物形态数据的手段单一、不准确、不便 捷，并且通常对植物体存在不同程度的损伤，因此具有很大局限性。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于图像的植物三维形态测量与重建 方法及系统，该方法及系统将现代计算机视觉技术、数字图像处理技 术、多角度图像立体匹配、计算机图形技术与现代农业科学和生产过 程相结合，可根据农业主要作物快速、准确、无损的数据获取需求， 面向主要作物的三维形态获取与重建以及在此基础上的主要农学参 数的测量和计算，设计相应数据获取方法，以克服现有技术的不足。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案。

本发明一种实施方式提供了一种基于图像的植物三维形态测量 与重建方法，该方法包括步骤：

S1.在垂直方向不同位置获得两幅目标对象的图像；

S2.获取拍摄所述图像的拍摄源的内部参数；

S3.从所述图像中提取所述目标对象的二维轮廓信息或二维骨 架信息；

S4.通过极线约束算法，对所述轮廓或骨架进行特征匹配；

S5.根据所述内部参数以及特征匹配的结果，计算所述目标对象 的三维形态结构数据；

S6.通过样条曲线、曲面拟合生成所述轮廓或骨架的三维模型， 最终得到所述目标对象的三维模型。

其中，步骤S2中的内部参数包括所述拍摄源的主点坐标(u₀，v₀)， 及归一化焦距所述归一化焦距通过整合所述拍摄源的焦 距与水平、竖直方向的像元间距得到。

其中，步骤S3中提取所述目标对象的二维轮廓信息通过Harris算 法实现叶片角点特征提取，其角点提取的响应函数为：

C(x，y)＝λ₁×λ₂/(λ₁+λ₂)

λ₁、λ₂分别为所述图像像素的平均梯度矩阵的特征值。

其中，利用64维特征向量对所述提取的角点进行描述，并以特征 向量欧氏距离作为步骤S4中的匹配准则。

其中，步骤S3中提取所述目标对象的二维骨架信息通过Hilditch 算法实现骨架特征提取，其限制条件为：

(1)P₀为白点，即P₀＝1；

(2)环绕P₀周围的8个点当中，黑点个数大于2小于6，即2 ≤N(P₀)≤6；