[发明专利]一种基于3D重建自动化分析海底植物生长状况的方法

权利要求书

1.一种基于3D重建自动化分析海底植物生长状况的方法，其特征在于，主要包括机器人(一)；扫描仪(二)；生长室(三)；多视图对齐(四)；系统集成(五)。

2.基于权利要求书1所述的机器人(一)，其特征在于，包括可调底座和携带7自由度机械臂的2轴高架龙门架，海底植物放置在可以上下移动的基座上，以适应不同的应用和海底植物大小，7自由度机械臂为控制3D扫描的位置和方向提供了高度的灵活性，而2轴龙门架提供了一个扩展的工作空间，机器人的精度和重复性均为0.1μm，通过编程，令机器人围绕海底植物按圆形轨迹移动进行扫描，最初机器人停留在原位，机械臂垂直向下放置，在初始化命令后，它通过交替的宏观和微观的关节运动从原始位置移动到所需位置，将基座中心相对于机械臂垂直轴的水平距离保持在0.56米，从基座平面到扫描仪的距离保持在0.26米，这些距离均根据经验设定，可获得最佳的扫描数据。

3.基于权利要求书1所述的扫描仪(二)，其特征在于，扫描仪是机械臂的有效载荷，以点云格式测量物体可见表面的密集深度图，扫描仪使用825nm的近红外光，降低对海底植物生长的影响，扫描仪的不同参数(例如视场，激光功率等)均根据经验设定，用激光功率1.0mW执行整个实验，单次扫描需要大约1分钟的时间才能产生两点间分辨率为0.25mm的点云数据，扫描仪软件通过用户数据报协议(UDP)与机器人控制软件进行通信，每次机器人在扫描位置停止时，即与扫描仪通讯，进行一次扫描，然后移动到下一个位置。

4.基于权利要求书1所述的生长室(三)，其特征在于，自主设计了一个生长室内的整个机器人装置，该生长室完全可编程，可控制温度，湿度，风扇转速和光强度，使用相机进行远程监控，整个生长室是专门的嵌入式系统，可由机器人控制软件进行控制。

5.基于权利要求书1所述的多视图对齐(四)，其特征在于，多视图对齐是构建对象的3D模型的主要任务，使用高斯混合模型(GMM)登记两个非刚性点的集合，通过连续概率密度函数来表示离散点，高斯混合模型可以表示为M高斯密度的加权和：

p(x|λ)=Σi=1Mωig(x|μi,Σi)---(1)]]>

其中x是d维向量，ω_i(i＝1，...，M)是平均值为μ_i和协方差为∑_i的每个混合g的权重，并且参数λ＝{ω_i，μ_i，∑_i}，通过最小化以下代价函数来最小化两个高斯混合物之间的差异：

其中是模型点集，是场景(数据)点集，函数表示由构成的高斯混合密度，目的是找到能最小化上述代价函数的参数Θ，通过使用L₂范数作为距离测量，最后通过扩展相干点漂移(CPD)算法来对齐多数据集。