[发明专利]一种基于Kinect自主标定的果树三维形态测量系统

说明书

本发明公开了一种果树三维形态测量系统，使用Kinect相机、直径10cm红黄蓝标定球各一个，实现Kinect自主标定，标定得到红黄蓝三球的球心，为多视角三维点云坐标统一奠定基础。使用Kinect对果树不同角度进行拍摄，采集多个视角下RGB‑D图像，确定Kinect相机内部参数，将采集的深度图转换为三维点云图。根据不同角度三色标定球的球心所在平面的法向量，将多视角下三维点云图进行位移以及旋转轴变换，选定初始参考坐标系，将其他视角下三维点云进行旋转角度逆变换，实现多视角三维点云统一坐标系，并进行均值迭代最近点法ICP精确配准，实现果树三维点云模型的精确重构。

技术领域

本发明涉及果树冠层测量领域，尤其是一种基于Kinect自主标定果树三维形态测量系统。

背景技术

中国是世界上苹果生产大国之一，但是单位面积产量低、出口量小、果实品质较差，都是目前制约苹果产业发展的重要因素。因此，要想增强国内外苹果市场的竞争能力，提高苹果产业的经济效益，关键途径就是提升苹果果实品质。而冠层作为果树最先接触光照与外界环境的部分，是果树进行呼吸作用以及光合作用的主要场所。果树的冠层结构特征不仅塑造了植物形态各异的外观造型，同时也反映了果树的生长状况和果实的产量潜力。研发一种基于Kinect自主标定的果树冠层信息测量系统，通过计算机算法提取冠层信息作为相应指导，良好的果树冠层结构可以使冠层内部通风良好，透光率较高，有效地促进二氧化碳与叶幕之间的交换，提高果实的产量与质量。

发明内容

本发明旨在提供一种果树冠层信息的测量方法，使用Kinect相机、直径10cm红黄蓝标定球各一个，实现Kinect自主标定，标定得到红黄蓝三球的球心，为多视角三维点云坐标统一奠定基础。使用Kinect对果树不同角度进行拍摄，采集多个视角下RGB-D图像，确定Kinect相机内部参数，将采集的深度图转换为三维点云图。根据不同角度三色标定球的球心所在平面的法向量，将多视角下三维点云图进行位移以及旋转轴变换，选定初始参考坐标系，将其他视角下三维点云进行旋转角度逆变换，实现多视角三维点云统一坐标系，并进行均值迭代最近点法ICP精确配准，实现果树三维点云模型的精确重构。根据果树三维点云模型，计算果树三维几何形态信息：植株高度、最大宽幅、冠层体积、主干高度等果树相关参数。该发明测量方法具有精度高、速度快、可以测量人工无法精确测量的冠层体积等优点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于Kinect自主标定的果树冠层信息测量系统，包括220V移动电源、直径10cm的红黄蓝标定求各一个、固定标定球的支架、Kinect相机、测量软件等。