[发明专利]基于手绘引导的3D植物叶片形变方法

权利要求书

1.一种基于手绘引导的3D植物叶片形变方法，其特征在于包括如下步骤：

1)用相机拍摄一张简单背景下的植物叶片图像，去除其背景，对原始图像进行预处理；

2)为预处理后的叶片图像绘制任意形状的目标形变曲线，并将形变数据存储到叶片相应位置的深度图中；

3)将步骤1)中预处理后的叶片图像转化为3D点云，并根据步骤2)中存储的形变曲线数据修改点云信息；

4)对步骤3)中形变后的点云孔洞进行修补，得到趋近于目标曲线的3D植物叶片模型。

2.如权利要求1所述的基于手绘引导的3D植物叶片形变方法，其特征在于所述步骤1)中，对原始图片进行预处理包括如下步骤：

1.1)用相机拍摄一张简单背景下的植物叶片图像，转步骤1.2)；

1.2)利用公式(1)去除输入图片的背景，获得只保留叶片信息的图像；

C_p＝α_pF_p+(1-α_p)B_p (1)

其中，C_p表示输入图像的像素颜色，α_p表示输入图像的透明度，B_p表示输入图像的背景，F_p表示输入图像的前景。

3.如权利要求1所述的基于手绘引导的3D植物叶片形变方法，其特征在于所述步骤2)具体包括以下步骤：

2.1)构建一个交互界面，通过该界面生成目标形变曲线形状；

2.2)在交互界面上通过获取鼠标移动中的位置信息得到形变曲线的数据点集；

2.3)利用三阶Bezier曲线公式对数据点集进行曲线拟合，三阶Bezier曲线公式如公式(2)所示：

B(t)＝P₀(1-t)³+3P₁t(1-t)²+3P₂t²(1-t)+P₃t³,t∈[0,1] (2)

其中，P₀，P₁，P₂，P₃为相邻点，t为曲线上的参数；

2.4)将曲线上的点通过公式(3)与叶片侧面进行一一对应，并存储到与预处理后的叶片图像对应位置的深度图中；

其中，y₀,y₁,y_i分别表示曲线上的最高点、最低点、任意点的y值，y₀'，y₁'，y_i'分别表示叶片侧面上的最高点、最低点、任意点的y值。

4.如权利要求1所述的基于手绘引导的3D植物叶片形变方法，其特征在于所述步骤3)中，使叶片侧面形状趋近于目标形变曲线包括以下步骤：

3.1)将步骤1)中预处理后的图像根据公式(4)转化成3D点云，可视化叶片的初始状态；

其中，(x，y，z)为三维空间中的坐标值，(u，v，d)为二维图像像素的坐标值，f_x,f_y分别是x和y坐标轴上相机的焦距，c_x,c_y指的是相机的光圈中心，s是深度图的缩放比例；

3.2)将三维空间叶片形变转化为两个二维平面形变的叠加，分为y-z平面和x-z平面；以当前点为圆心，半径r＝1画圆，步骤2)中存储的形变数据为z轴方向的形变位移，根据公式(5)求出x方向或y方向的形变位移，然后依次进行迭代，得到趋近于真实形状的叶片形变点云模型；

或

5.如权利要求1所述的基于手绘引导的3D植物叶片形变方法，其特征在于所述步骤4)中，对点云的孔洞修补包括以下步骤：

4.1)设置点云深度距离阈值α，比较点云x或y方向相邻点的深度值，如果相邻点之间的深度值距离大于阈值α，即S＝|Z_i+1-Z_i|α，其中Z_i+1，Z_i为相邻点的深度值，转步骤4.2)；

4.2)根据S₁＝Z_i+1-Z_i是否大于0判断插值的方向，如果S₁0，则说明该部分相对于前一部分为向上弯曲，反之，则为向下弯曲，转步骤4.3)；

4.3)根据S、S₁、α计算得出新的点坐标，将其插入原始点云对孔洞进行修补；

4.4)判断原始3D点云是否遍历结束，如果遍历结束转步骤4.6)，否则转步骤4.5)；

4.5)选取下一个点作为相邻点，转步骤4.1)；

4.6)所有点云孔洞修补完成，存储数据，得到修补好的3D点云模型。