[发明专利]一种基于图像和扫描数据的植株三维重建方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维图形处理技术，尤其是一种基于图像和扫描数据的植株三维重建方法。

背景技术

国内外在针对植株的三维重建方面开展了一些工作，典型的工作国内外可查到的文献有如下几篇：

第1篇为《基于立体视觉的玉米植株三维骨架重建》（赵春江、杨亮、郭新宇等，基于立体视觉的玉米植株三维骨架重建，农业机械学报，2010，41(4):P157-162），该文献从两幅由特定角度拍摄的图像提取二维骨架信息，通过极线约束算法和设定合理的匹配准则实现骨架特征的匹配，获得三维骨架点云信息，最终通过降噪和样条曲线拟合生成玉米三维骨架模型。第1篇文献所基于图像构建的玉米三维模型仅为三维骨架，也就是玉米茎秆轴心线与叶片叶脉曲线，并非完全意义上的三维重建。

第2篇为《玉米三维重构及可视化系统的设计与实现》（郭新宇、赵春江、肖伯祥等，玉米三维重构及可视化系统的设计与实现，农业工程学报，2007，23(4):P144-148），该文献基于玉米各主要器官的形态特征参数结合参数化建模方法构建玉米三维模型，所设计的玉米三维重构及可视化系统具有通过交互式建模方法构建玉米三维模型的功能。第2篇文献所开发的系统中玉米三维模型构建的方法是基于参数化与交互式建模方法，其强调设计与建模功能，所构建的玉米三维几何模型细节特征不足，且完成整株玉米的三维设计过程较复杂。

第3篇为《基于分段曲率的玉米植株三维结构的重建》（程锦、劳彩莲，基于分段曲率的玉米植株三维结构的重建，中国农学通报，2009，25(24):P538-543），该文献主要是针对玉米叶片采用中脉分段的方法进行叶脉形态设计，并结合三维数字化数据构造了玉米群体三维模型。第3篇文献与第2篇文献类似，主要强调玉米叶片的建模，真实感有待提高，后期结合三维数字化数据构造玉米三维模型，工作量较大。

第4篇为《大田玉米长势的三维图像监测与建模》（陈兵旗、何醇、马彦平等，大田玉米长势的三维图像监测与建模，农业工程学报，2011，27(增刊1):P366-372），该文献基于双目立体视觉对大田间玉米生长参数进行测量，以测量的平均株高平面为测量区域基准面，利用大津法提取测量区域的玉米叶片，对测量区域进行均匀网格分割，通过对左右网格的匹配，求得覆盖面积和平均颜色。对网格的形心，通过左右视觉的对应进行三维重建，获得形心点云的三维数据和平均株高。第4篇文献所基于的双目立体视觉方法很难生成精确致密的玉米模型三维点云。

第5篇为《A method to extract morphological traits of plant organs from 3D point clouds as a database for an architectural plant model》（Tino Dornbusch、Peter Wernecke、Wulf Diepenbrock，A method to extract morphological traits of plant organs from 3D point clouds as a database for an architectural plant model，Ecological Modelling200(2007):P119-129），该文献基于数字化方法获得的植株点云进行器官尺度的点云分割，并对分割后的点云提取中心线得到器官的中心轴线，并利用中心轴线组装三角面元完成器官曲面参数的估计。第5篇文献为利用三维点云进行植物植株的建模，该方法提取植株器官中心轴线复杂且分割需人工干预，且其最终目标在于估计出植株各器官的曲面表示形式，建模精度与真实感有待提高。完全基于点云进行植株重建的方法对点云获取要求高且效率低，往往产生点云缺失等问题。

另外，目前有专门针对玉米叶片进行建模与特征提取的相关文献，如《基于参数化的玉米叶片三维模型主脉提取》、《基于B样条插值的玉米叶片三维重建研究》等，但这些研究仅针对玉米叶片开展三维重建与特征提取工作，与本发明所要解决的问题不一致。

玉米三维重构最主要就是对玉米骨架（玉米茎秆轴线与叶脉曲线）的提取及器官形态的构建，利用图像提取玉米骨架，利用三维点云进行叶片建模，但是目前还没有利用二者结合对玉米进行三维重建。此外，现有技术中的植株三维重建还具有操作复杂的问题。

发明内容

本发明提供一种基于图像和扫描数据的植株三维重建方法，用于解决现有技术中没有结合利用图像提取植株骨架技术和三维点云技术进行植株建模，对植株进行三维建模的方法复杂的问题。