[发明专利]一种基于点云模型的马铃薯种薯切块方法

权利要求书

1.一种基于点云模型的马铃薯种薯切块方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：根据马铃薯种薯切块的要求，基于点云模型，对马铃薯种薯的质量和芽眼总数进行分配，得到拟分割的芽块数及每个芽块含有的芽眼数；

步骤2：根据每个芽块含有的芽眼数，分别按照方法一和方法二依次分配芽眼的三维坐标；所述方法一为基于芽眼纵向分布密度的芽眼三维坐标分配方法，所述方法二为基于芽眼欧氏距离的芽眼三维坐标分配方法；

步骤3：根据步骤2中分配的相邻两个芽块上芽眼的三维坐标求解分割面；

步骤4：确定马铃薯种薯的执行切块方法：经过步骤1-3，得到基于方法一的芽块分割面，和基于方法二的芽块分割面，按照此两种分割面执行的切块方法，所得到的芽块的体积标准差不同，此时选择体积标准差较小的一种切块方法作为对该马铃薯种薯的执行切块方法；

步骤1的具体内容如下：

已知马铃薯种薯的质量为M，基于点云模型得到马铃薯种薯表面芽眼的数目N，根据马铃薯种薯切块的要求，令马铃薯种薯被分割之后得到的每个芽块的质量为m，其中25≤m≤M；每个芽块上的芽眼数为n，其中2≤n≤N，n为正整数；则根据公式(1)得到马铃薯种薯拟被分割得到的芽块数N_p，公式(1)中N₁和N₂分别为根据芽块的质量要求和含芽眼数要求所得到的芽块数，N_p、N₁和N₂均为正整数；

令第i个芽块实际含有的芽眼数为x_i，其中，1≤i≤N_p，x_i≤N，i和x_i均为正整数，得到公式(2)；

由此得到每个芽块上的芽眼数的平均值为在马铃薯种薯的所有芽眼被均匀分配的前提下，若芽眼数N被整除，则每个芽块的芽眼数为为对平均值取整数部分；若芽眼数N未被整除，则余数其中0＜N_r＜N_p，N_r为正整数；此时在分割得到的N_p个芽块中，N_r个芽块含个芽眼，N_p-N_r个芽块含个芽眼；

步骤2的具体内容如下：

基于点云模型可识别和定位得到马铃薯种薯表面芽眼的三维坐标，令坐标为(x_k,y_k,z_k)，其中0＜k≤N，k为正整数，纵坐标y_k沿着马铃薯种薯的长轴方向；根据“坐标就近原则”分配每个芽块上的芽眼对应的三维坐标，其实现方法有两种，具体如下：

方法一：基于芽眼纵向分布密度的芽眼三维坐标分配方法

将芽眼三维坐标按纵坐标值y_k由小到大的顺序进行排序，自马铃薯种薯块茎的底端起，当步骤1中分配的每个芽块上的芽眼数n全部为时，将纵坐标值y_k连续相邻的n个芽眼分配给同一个芽块；当步骤1中分配的每个芽块的芽眼数n不全为时，根据公式(3)计算纵轴方向上相邻两芽眼间的距离ρ_k，令未被分配的芽眼中纵坐标值最小的芽眼为起始芽眼，比较和的值，取值较大者对应的下标号作为当前芽块的芽眼数n，然后基于此结果给当前芽块分配相应的芽眼三维坐标；在依次分配芽眼三维坐标的过程中，当完成了N_r个含芽眼数为的芽块的芽眼三维坐标分配以后，将剩余未被分配的芽眼三维坐标均匀分配给剩余待分配坐标的芽块；

ρ_k＝y_k+1-y_k (3)

方法二：基于芽眼欧氏距离的芽眼三维坐标分配方法

自马铃薯种薯块茎底端起进行芽眼三维坐标的分配；对当前芽块，令未被分配的纵坐标值最小的芽眼为起始芽眼，坐标为(x₁,y₁,z₁)，按照公式(4)依次求其它未被分配的芽眼(x_k,y_k,z_k)相对起始芽眼的欧氏距离D，式中1＜k≤N-N_c，N_c为已被分配的芽眼个数；当步骤1中分配的每个芽块上的芽眼数n全部为时，将距离D最小的前n个芽眼对应的三维坐标依次分配给当前芽块；当步骤1中分配的每个芽块的芽眼数n不全为时，令马铃薯种薯的前N-N_r个芽块含个芽眼，后N_r个芽块含个芽眼，然后把相应的三维坐标依次分配给每个芽块；

步骤3的具体内容如下：

经过步骤2的芽眼三维坐标分配后，将相邻两个芽块各自的芽眼数归类为三种情况：芽眼数均为2个，芽眼数分别为2个和3个，芽眼数均为3个或以上；

然后将相邻两芽块的芽眼数不同的情况拟合为不同的三维空间几何关系：将相邻两芽块的芽眼数均为2个的情况拟合为两条直线的空间位置关系；将相邻两芽块的芽眼数分别为2个和3个的情况拟合为一条直线和一个平面的空间位置关系；将相邻两芽块的芽眼数均为3个或以上的情况拟合为两个平面的空间位置关系；

根据芽眼三维空间分布的实际情况，由相邻两芽块上芽眼的三维坐标所构成的两直线、直线与平面或两平面之间存在平行、相交或异面的空间位置关系，通过对不同空间位置关系的解析换算，得到相邻两芽块间分割面的空间位置；当两直线、直线与平面或两平面相互平行时，分割面为到两直线、直线与平面或两平面距离相等且与二者平行的平面；当两直线、直线与平面或两平面相交，或者两直线异面时，分割面为两直线、直线与平面或两平面之间的能将两芽块的芽眼三维坐标分隔开的角平分平面；

所述分割面的求解过程如下：

当分割面与芽眼三维坐标所构成的两直线、直线与平面或两平面之间平行时，基于芽眼三维坐标求出直线的方向向量或平面的法向量，将与方向向量垂直或与法向量平行的向量作为分割面的法向量；

当分割面为相邻两芽块间的角平分平面时，根据角平分平面与芽眼三维坐标所构成的两直线、直线与平面或者两平面间的位置关系，求出分割面的法向量；

求出的分割面的法向量用表示，进一步根据芽块上的芽眼三维坐标求出分割面上一点的坐标M₀(x₀,y₀,z₀)，从而得出分割面的点法式方程，如公式(5)所示：

a(x-x₀)+b(y-y₀)+c(z-z₀)＝0 (5)。