[发明专利]植物叶片三维建模方法及装置

说明书

本发明提供一种植物叶片三维建模方法及装置，该方法包括：根据目标叶脉的品种和叶脉信息，从叶片模板库对应品种的多个叶片模板中选出相似度最高的作为当前目标叶脉选定叶片模板；根据目标叶脉与已选定叶片模板叶脉的空间位置关系，对选定叶片模板进行变换，使选定叶片模板的叶脉与目标叶脉对齐；建立两个叶脉之间的控制点对应关系，根据两个叶脉之间的控制点对应关系，对选定叶片模板进行变形，得到目标叶脉的叶片模型。该方法由于叶片模板库中涵盖了多个品种多个叶片模板，从而只需获取待建模叶片的叶脉信息，便可实现叶片建模，模型重建质量不依赖于数据质量，从而普适性较高，基于已有的叶片模板，从而可反应品种间叶缘、褶皱等细节特征差异。

技术领域

本发明涉及植物表型分析领域，尤其涉及一种植物叶片三维建模方法及装置。

背景技术

因品种、栽培管理措施等因素，植物具有显著的形态结构差异。如何以数字化、可视化的方式对这种差异进行定量化表征，是植物表型组学和功能结构模型领域的难点问题。当前，植物叶片的三维建模方法主要包括基于数学建模的方法、基于三维数字化的方法、基于三维点云重建的方法、叶脉驱动的叶片建模方法等。

基于三维点云重建的方法，通过三维扫描或多视角重建技术，得到植物叶片的三维点云，并通过点云处理和网格重建技术，实现叶片的三维重建。这种方法所重建叶片真实感高，但取决于数据质量(如点云缺失等问题)，对重建算法要求也较高，普适性不好。

目前的方法为以叶脉驱动的形式，主要以叶脉为骨架，辅助数学建模方法，实现植物叶片的三维重建。但这种方法也难以反应品种间的叶缘、褶皱等细节特征差异。重建真实感不高、无法体现品种间的细节差异，重建质量依赖于数据质量，从而算法普适性不高。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种植物叶片三维建模方法及装置。

本发明提供一种植物叶片三维建模方法，包括：根据目标叶脉的品种和叶脉信息，从叶片模板库对应品种的多个叶片模板中选出相似度最高的作为当前目标叶脉选定的叶片模板；根据目标叶脉与选定的叶片模板叶脉的空间位置关系，对所述选定的叶片模板进行变换，使所述选定的叶片模板的叶脉与目标叶脉对齐；建立两个叶脉之间的控制点对应关系，根据两个叶脉之间的控制点对应关系，对变换后的叶片模板进行变形，得到目标叶脉的叶片模型。

根据本发明一个实施例的植物叶片三维建模方法，所述根据目标叶脉与选定的叶片模板叶脉的空间位置关系，对所述选定的叶片模板进行变换，使所述选定的叶片模板的叶脉与目标叶脉对齐，包括：根据目标叶脉的方位角，通过旋转变换将选定的叶片模板进行旋转；根据目标叶脉的叶长，对选定的叶片模板进行等比例缩放；根据目标叶脉的生长点位置，对选定的叶片模板进行平移。

根据本发明一个实施例的植物叶片三维建模方法，所述建立两个叶脉之间的控制点对应关系，包括：根据选定的叶片模板的叶脉点，对目标叶脉曲线进行重采样，使目标叶脉与选定的叶片模板中叶脉顶点个数相同且位置关系对应；根据目标叶脉和选定的叶片模板叶脉的各顶点序号，建立两个叶脉之间的控制点对应关系。

根据本发明一个实施例的植物叶片三维建模方法，所述根据两个叶脉之间的控制点对应关系，对变换后的叶片模板进行变形，得到目标叶脉的叶片模型，包括：以目标叶脉为基准，对变换后的叶片模板进行变形，使得预设的能量函数值最小；其中，所述能量函数表示所有对应边变形前后长度之差的加权平方和。

根据本发明一个实施例的植物叶片三维建模方法，所述叶片模板库中，每个叶片模板与叶脉垂直的每一行包含的点数相同，每行中间的点为叶片网格的叶脉点。