[发明专利]基于Kinect的植物群体全局三维重建方法

说明书

本发明公开了基于Kinect的植物群体全局三维重建方法，应用于三维重建技术领域，利用张正友标定法获取相机参数，并通过相似三角形原理将植株深度数据转化为三维点云数据；采用Harris角点检测法得到二维特征点，并进行网格化、离散化处理得到三维特征点，对所述三维特征点进行奇异值分解，将不同视角的点云配准转换到世界坐标系下实现多视角下植物点云的局部三维重建；对多视角下植物点云的局部三维重建结果进行粗配准和精配准实现全局三维重建。本发明通过对不同周期的植物进行三维建模，为计算植物表型特征参数，分析植物生长过程中的表型参数变化做铺垫，为植物表型分析、精准化智能化管理提供数据支持和理论指导。

技术领域

本发明涉及三维重建技术领域，更具体的说是涉及基于Kinect的植物群体全局三维重建方法。

背景技术

植物表型是指能够反映植物细胞、组织、植株和群体的结构及功能特征的物理、生理和生化性质，表型信息在现代化农业精准智能化管理中起着不可或缺的作用。传统上，基于人工测量植物表型方式具有破坏性，且主观性严重、效率低，不适用于实际农业管理。随着机器视觉、农业机器人和人工智能等技术的快速发展，植物表型测量逐渐趋向高通量、高精度、自动化。目前，植物表型测量主要基于二维图像和三维点云技术。然而由于植株形态复杂，叶片间存在相互遮挡等因素，基于二维图像和基于单视角的三维点云表型测量技术无法实现对植株表型信息的全面测量。通过计算机视觉技术建立植株三维模型，进而精准高效的提取植株表型性状已逐渐成为植物表型领域的研究热点。

因此，如何提供一种精准高效的提取植株表型性状植物群体全局三维重建方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于Kinect的植物群体全局三维重建方法，以解决背景技术中提及的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

基于Kinect的植物群体全局三维重建方法，具体步骤如下：

利用张正友标定法获取相机参数，并通过相似三角形原理将植株深度数据转化为三维点云数据；

采用Harris角点检测法得到二维特征点，并进行网格化、离散化处理得到三维特征点，对所述三维特征点进行奇异值分解，将其它视角的点云配准转换到世界坐标系下实现多视角下植物点云的局部三维重建；

对多视角下植物点云的局部三维重建结果进行粗配准和精配准实现全局三维重建。

优选的，在上述的基于Kinect的植物群体全局三维重建方法中，获取植物三维点云数据具体步骤如下：

首先，获取植物的RGB图像和深度图像，以及棋盘格不同角度下的红外图像；

基于所述红外图像，利用张正友标定法获取相机内部参数，相机中心点坐标(c_x,c_y)和焦距(f_x,f_y)；

根据相机小孔成像原理，利用相似三角形将植物的深度图像和RGB图像转换为带有颜色信息的三维点云图；

深度图像上一点m(u,v)与对应三维点M(X,Y,Z)之间关系如式(1)和式(2)所示：

优选的，在上述的基于Kinect的植物群体全局三维重建方法中，三维特征点获取步骤如下：

将KincetV2相机置于电动旋台上，获取棋盘格0度和N度视角下的RGB图像，其中所述棋盘格尺寸为7×9，N度是根据相机视场角大小及相邻视角点云重叠区域确定的；

利用Harris角点检测算法分别识别棋盘格的二维特征角点，并根据Meshgrid网格生成二维点(X，Y)；