[发明专利]一种基于点云的农田土壤层水平校正及去除方法

权利要求书

1.一种基于点云的农田土壤层水平校正及去除方法，其特征在于：

首先利用RGB-D相机获取农田土壤层的可见光图像及图像对应的深度信息，经过差值计算获得植株的三维点云数据，并将获得的田间植株的三维点云数据分类储存在计算机中；然后再在计算机中利用点云处理工具，以植株所在的土壤层表面为基准、将得到的三维点云数据逐步经过随机采样一致性算法进行土壤层拟合、得到拟合后的土壤层水平面，再将拟合后的土壤层水平面的点云通过罗德里格旋转算法进行土壤层水平校正，最后根据预设阈值将土壤层去除、即得到完整的植株点云，用于植物表型。

2.根据权利要求1所述的一种基于点云的农田土壤层水平校正及去除方法，其特征在于：所述随机采样一致性算法进行土壤层拟合具体为：

首先，针对一组扫描得到的点云数据S，采用随机选取的方法将不共线的三个点拟合为一个平面Plane，在此基础上构建一个包含未知量的参数模型，并计算点云中任意点到拟合平面Plane的距离d_i，设置阈值d_t与d_i进行比较；

若d_i＜d_t，则该任意点定义为模型内的点(即土壤层点)；若d_i＞d_t，则该任意点定义为模型外的点(即植株点)，逐一记录参数模型内点数并进行反复迭代，根据随机采样一致性算法，设置迭代循环的跳出条件：

假设从点集中选取的点为模型内点的个数为m，确定参数模型需要点的个数为n，且迭代k次后确定n个点均为参数模型内点的概率为p，则有预设第一公式：

p＝1-(1-mⁿ)^k；

所述迭代次数k根据预设第二公式得到：

直到一个内点数最多的参数模型、则跳出迭代，确定拟合出土壤层平面。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于点云的农田土壤层水平校正及去除方法，其特征在于：所述罗德里格旋转算法进行土壤层水平校正具体为：

首先建立三元一次平面方程：

ax+by+cz+d＝0；

式中，x、y、z为点云在空间直角坐标系中的具体坐标；a、b、c、d为常数，根据点云在空间直角坐标系中的具体位置得到；

然后，由三元一次平面方程获得土壤平面法向量同时定义深度相机坐标系法向量为其中，的坐标为(x₁，y₁，z₁)，的坐标为(x₂，y₂，z₂)，根据点积定义可得：

式中，θ为旋转前后向量与向量的夹角；

由于旋转轴必定垂直于地平面法向量和深度相机坐标系法向量所在的平面，通过向量与向量叉乘获得旋转轴向量并进行归一化操作：

式中，(w_x，w_y，w_z)为向量的坐标；

然后根据罗德里格旋转算法得到旋转矩阵R：

最后将原始点云与旋转矩阵R相乘，得到水平校正后的点云。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种基于点云的农田土壤层水平校正及去除方法所采用的系统，其特征在于：包括获取模块、建立模块以及处理模块；

所述获取模块采用RGB-D深度相机获取植株的可见光图像以及深度信息；所述建立模块通过差值计算出植株的三维点云；所述处理模块针对植株点云所在平面进行拟合与去除，选用点云处理工具进行处理。

5.根据权利要求4所述的一种基于点云的农田土壤层水平校正及去除系统，其特征在于：所述系统还包括存储介质，所述存储介质与所述处理模块连接；所述存储介质为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)中的任一种。