[发明专利]基于云镜摄系统参数和视频帧的植物三维测量方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及数字图像测量技术领域，尤其涉及基于云镜摄系统参数和视频帧的植物三维测量方法和系统。

背景技术

目前，农业数字化生产管理是农业信息化的重要内容。叶片是植物制造营养物质的重要器官，是植物生长和结果的基础；果实是植物重要的功能器官；茎秆是植物重要的营养传导器官。因此，通过实时获取田间植物的果、叶、茎的性状特征参数，判断植物生长状态对实现农业数字化管理具有重要意义。

随着物联网技术的发展，数字图像的采集和应用也得到了极大的重视和长足的发展，从田间植株的数字图像解析中获取的农田大数据可以使农业智能系统真正应用到农业生产中去，但传感器应用和传感数据的解析一直以来都是制约农田作物数据获取的瓶颈。利用数字图像进行的植株测量技术的滞后制约着农业图像信息处理的发展。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了基于云镜摄系统参数和视频帧的植物三维测量方法及系统，该发明的数字图像测量方法无需控制点、提高了三维测量设备的环境适应和设备兼容性。

要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是利用成本较低、环境适应强和设备兼容性高的普通CCD和CMOS传感器，并且无需物方控制点，来进行温室自然光环境下的植物果叶茎测量的技术和方法，以克服一些高精度和高成本设备的应用缺陷。

技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提出了一种基于云镜摄参数和视频帧的植物三维测量方法，包括以下步骤：

S1.对云镜摄系统外部参数的标定方法，其优选的步骤包括：测量云镜摄系统的轴像距；获取像方和物方对应系数的方法；建立像平面上像移速率值与云镜摄系统俯仰值的拟合方程及其系数。

S2差分同名像点的几何配准模型，其优选的步骤包括：由帧间像平面的几何关系，建立基于运动和光学向量的向量转换模型；进一步获取差分帧间光轴运动向量；由自适应图像分割算法分割获得的帧间叶片、果实或茎杆等的边缘坐标，进一步利用帧间图像配准方法及同名像点的二维坐标转换矩阵，进行其边缘的帧间同名像点配准，并获取最优的配准结果。

S3获取植株目标部位的点云世界坐标的方法，其优选的步骤包括：建立同名像点的三维世界坐标转换矩阵；建立帧间双光学系统矢量投影关系模型、建立云镜摄系统运动矢量测量模型；点云坐标灰度和材质校正因子计算方法。

S4植物局部测量的方法，其优选的步骤包括：

采用上述基于云镜摄参数和视频帧的测量方法获得的植物测量部位物方世界坐标，直接进行叶面积、体积和茎秆直径等的数字图像测量。

本发明还提供了一种基于云镜摄系统参数和视频帧的植物三维测量的系统，具体包括：

云镜摄参数获取模块，对云镜摄系统外部参数的标定方法，其特征在于，包括：获取云镜摄系统的轴像距；获取像方和物方对应系数的方法；建立像平面上像移速率值与云镜摄系统俯仰值的拟合方程。

同名像点配准模块，差分同名像点的几何配准模型，其特征在于，包括：建立基于运动和光学向量的向量转换模型；差分帧间光轴运动向量的求解方法；帧间植株局部图像配准方法；建立帧间同名像点的二维配准矩阵；进行配准的方法和获取最优的配准结果。

三维坐标测量模块，获取植株目标部位的点云世界坐标的方法，其特征在于，包括：建立同名像点的三维世界坐标转换矩阵；建立帧间双光学系统矢量投影关系模型，建立云镜摄系统运动矢量测量模型；获取点云坐标灰度和材质校正因子方法；获取三维点云物方世界坐标的方法。

植物局部测量模块，植物局部测量的方法，其特征在于，包括：采用上述基于云镜摄系统的参数和视频帧的测量方法获得的植物测量部位物方世界坐标，直接进行叶面积测量、果实体积测量、茎秆直径测量。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明一实施例提供的基于云镜摄系统参数和视频帧的植物三维测量方法的流程图；

图2为本发明一实施例提供的变焦测量法的示意图；

图3为本发明一实施例提供的配准过程的效果示意图；

图4为本发明一实施例提供的图像采集设备的运动几何投影关系示意图；

图5为本发明一实施例提供的差分帧间双光学系统投影关系示意图；

图6为本发明一实施例提供的基于云镜摄系统参数和视频帧的植物三维测量系统的结构示意图。

具体实施方式