[发明专利]一种基于双视角点云配准的类圆形水果纵横径测量方法

说明书

本发明公开了一种基于双视角点云配准的类圆形水果纵横径测量方法。方法包括：首先布置好双视角采集系统并进行主相机与副相机的位姿标定，获得用于点云粗配准的初始转换矩阵；之后通过迭代最小化正确匹配点对的距离误差，迭代得到优化转换矩阵；控制主相机与副相机同步采集水果点云，利用优化转换矩阵对获取的水果点云进行精配准、下采样、滤波及离群点去除，最后采用OBB包围盒获取类圆形水果的纵横径。本发明能够避免对于类圆形水果的损伤；同时通过迭代得到的优化转换矩阵进行点云精配准，有利于解决多视角点云配准过程中匹配点计算量大，点云数量多、耗时长等困难，能够做到省时省力，有利于类圆形水果的在线生产。

技术领域

本发明涉及一种类圆形水果纵横径测量方法，尤其是涉及了一种基于双视角点云配准的类圆形水果纵横径测量方法。

背景技术

我国是世界上的水果产量大国，近年水果总产量达到25688.35万吨，其中常见类圆形水果苹果、柑橘及甜瓜总产量分别达到了4242.54万吨、4584.54万吨及1355.70万吨。对类圆形水果进行品质分级有利于提升其商品化品质，促进类圆形水果在流通中按质论价、优质优价。类圆形水果的纵径及横径是果形的重要参数之一(GB/T 12947-2008鲜柑橘、GB/T 10651-2008鲜苹果)，同时也是品质分级的重要依据。与传统人工测量耗时耗力相比较，采用机器视觉技术通过双视角点云配准的方法测量类圆形水果的纵横径，具有非接触且快速无损等优势，且有重要的实际应用价值。

精确的类圆形水果纵横径尺寸的获得，需要对类圆形水果进行纵剖与横剖，但是采用剖切的方法一方面会对类圆形水果造成严重损伤，同时也无法用于类圆形水果的分级生产过程中。

利用二维图像测量水果纵横径外形的常见方法主要有最小外接法及边界点测量法：章文英等(2001)(章文英,应义斌.苹果图象的低层处理及尺寸检测[J].浙江农业学报,2001(04):38-41.)利用链符法搜索并细化轮廓线后，利用最小外接矩形求苹果的纵径与横径，结果显示测量尺寸与实际尺寸相关系数达到了0.955；魏新华等(2011)(沈宝国,魏新华,尹建军.基于最小外接圆法的苹果直径检测技术[J].农机化研究,2011,33(12):131-134.)对12个样本苹果采集了144幅图像，利用最小外接圆法测量苹果直径，拟合方程的相关系数达到了0.988；龚昌来等(2013)(龚昌来,罗聪,黄杰贤,杨冬涛.基于机器视觉的柚子尺寸检测系统的研究[J].农机化研究,2013,35(11):22-25.)利用机器视觉获得目标图像的上、下、左、右4个边界点，通过边界点来估算柚子的纵径与横径。基于二维图像测量水果纵横径的方法能够快速实现水果纵横径的计算，但是其对于表面具有较强反光特性的类圆形水果光照环境设置等提出了较高的要求。

近年来，随着三维重建技术以及消费级图像采集设备的发展，有学者利用生成水果全表面点云的方式进行三维重建测量水果尺寸或体积：Yawe等(2020)(Yawei,W,YifeiC.FruitMorphologicalMeasurement Based on Three-DimensionalReconstruction.Agronomy，2020,10,455)将梨置于旋转台上，利用9张图片得到了梨的三维点云图，并计算了其三维尺寸。但是该方法存在匹配点计算量大，点云数量多等困难，耗时长，不适于生产现场。此外，蜜柚等表面较为光滑的类圆形水果无明显特征点可用来进行信息匹配。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题和需求，本发明提供了一种基于双视角点云配准的类圆形水果纵横径测量方法。

本发明的技术方案如下：

本发明包括以下步骤：

1)搭建双视角采集系统：所述双视角采集系统包括置物平台、类圆形水果、两个RGBD相机、同步线、数据传输线、标定板和主机；