[发明专利]一种基于电场力模型的食物体积测量方法

说明书

本发明涉及一种基于电场力模型的食物体积测量方法，属于计算机视觉领域。首先，使用多视图几何的方法重建出食物的稀疏点云模型。其次，构建食物电子集并借助电场力模型完成对稀疏点云的拟合。最后，依据食物电子集的邻接关系将其三角网格化，形成的多面体的体积作为点云体积，完成体积计算。本发明能够克服现有方法对包含凹陷区域或双锥形区域的目标体积计算不准确的缺陷，对各种食物目标的体积的估计具有良好的效果，经实验验证，具有一定的准确性。

技术领域

本发明涉及一种基于电场力模型的食物体积测量方法，借助电场力模型，完成对目标点云的拟合，从而实现食物体积的测量，具有一定的有效性和通用性，本发明属于计算机视觉领域。

背景技术

随着经济的发展、社会的进步，人类的生活水平在不断提高，在饮食方面的改善尤为明显，但是随之而来的是肥胖和其他由不良饮食带来的疾病患病率上升。公众越来越重视膳食的均衡性，传统的饮食评估方法依赖于个人的主观判断，这种主观测量非常不准确，而依赖于个人的主观判断也会导致有偏差的饮食分析结果。直接测量食物体积更有助于监控和记录膳食情况。

当前，常见的针对食物的体积估算方法主要是基于虚拟现实技术：首先通过拍照设备获取一定数量的食物图像，然后利用椭圆检测算法来得到盛放食物的盘子的椭圆方程，再以盘子作为标定物对相机进行标定，得到相机的内部参数和外部参数，最后利用虚拟场景重建与食物形状类似的模型，通过人为地手动调整模型与食物相契合，从而估计盘子中的食物体积。

这种方法存在很明显的不足。首先是操作太过繁琐，需要使用键盘、鼠标等人机交互设备操作模型与食物契合，这一过程的难度相对较大；其次，对于形状不规则的食物没有较好的处理方式，难以构建与食物形状类似的物体：再者，只能测量置于圆形盘子中的食物体积；最后，食物体积估计结果的精度难以保证：对于同一食物来说，即便构造的模型相同，但是由于用户的操作习惯与操作手法存在差异，最终体积估计的结果会不尽相同，因此结果的精度难以保证。

此外，还有凸包法和投影法估算食物点云体积的方法：凸包法将点云凸包的体积视为点云体积，也就是采取了包围盒的方式。利用凸包法可以快速得到点云体积的范围，但是对目标点云形状要求高，如果点云有凹陷的部分则精度较低。

投影法将整个点云投影到一个平面上，进行三角网格化，然后返回三维空间，这样形成了一个个三棱柱，计算每个三棱柱的体积并求和，就得到了整个点云的体积。容易得知这种方法在应对土堆状的点云体积计算比较方便，即点云在某一个方向上存在明显的放大或缩小趋势；但是面对含有双锥形区域(中间大两边小)的点云时，容易出现错误。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，针对凸包法无法测量凹多面体点云目标的体积的问题，提供一种基于电场力法的食物体积测量方法，利用。本发明优先改善了现有的点云体积估算方法的对于测量值偏大的局限性，取得了较好的实验结果。

本发明技术解决方案：一种基于电场力模型的食物体积测量方法，实现步骤如下：

第一步，基于多视图几何的稀疏点云重建，提取采集的食物图像序列中的特征点并进行匹配，使用三角测量的方法计算特征点的三维坐标，进行降噪、去噪处理，最终重建出目标的三维稀疏点云；

第二步，初始化食物分子集和食物电子集；

第三步，利用第二步中的食物分子集与食物电子集拟合第一步中重建出的目标的三维稀疏点云，基于电场力模型，形成目标的稀疏点云的三维网格；

第四步，计算第三步中网格化后形成的多面体的体积，即为食物体积的测量值。

所述第二步中，初始化食物分子集和食物电子集，具体实施如下：