[发明专利]一种基于轮廓图像的马铃薯三维建模方法

说明书

本发明公开了一种基于轮廓图像的马铃薯三维建模方法。首先拍摄旋转角度相隔90°的两幅马铃薯图像，利用图像处理方法分别对两幅图像中的马铃薯对象进行轮廓提取和角点检测；将所有角点作为候选点，通过筛选后得到特征点。然后将特征点标定并输入建模软件，用于生成马铃薯外形骨架；最后创建并拾取闭合曲面，对其进行实体化，可得到马铃薯三维几何模型。本发明避免了椭球形农业物料常用三维建模方法精度低、成本高、速度慢等缺点，可快速准确地获取马铃薯三维几何模型，为其在有限元软件中的进一步分析奠定基础。

技术领域

本发明涉及一种马铃薯图像处理方法，尤其是涉及了一种基于轮廓图像的马铃薯三维建模方法。

背景技术

在利用有限元分析(Finite element analysis，FEA)解决农业工程问题时，农业物料几何结构能否准确描述是影响FEA分析结果很重要的一个因素，尤其是对于如马铃薯的形状不规则、结构不均一的物料。为简化计算，一些研究学者将不规则物料形状近似为规则的矩形、椭圆形、圆柱形或球形以便于分析。但是这样的简化会造成模拟结果不准确。有学者利用核磁共振成像技术结合图像处理的方法用来建模(Sandrom,G.,P.Emmanuel andS.Vivianao.Geometry modelling of food materials from magnetic resonanceimaging[J].Journal of Food Engineering,(2008),88(4):561-567.)，这种方法对具有复杂外形和各向异性组分的材料建模精度较高，但是操作复杂且成本较高。激光扫描技术(Ahmadi E.Viscoelastic finite element analysis of the dynamic behavior ofapple under impact loading with regard to its different layers[J].ComputersElectronics in Agriculture,2016,121(C):1-11.Celik,H.K.Determination of bruisesusceptibility of pears(Ankara variety)to impact load by means of FEM-basedexplicit dynamics simulation[J].Postharvest BiologyTechnology,(2017),128:83-97.)也可用于建立物料模型，这种方法精度较高，但同样具有成本高且耗时长的缺点。有学者(Dintwa E,Zeebroeck MV,Ramon H,Tijskens E.Finite element analysis of thedynamic collision of apple fruit[J].Postharvest BiologyTechnology,2008,49(2):260-276.)为建立苹果的几何模型，直接测量水果三层组织(果皮、果肉和果核)的尺寸得到苹果模型的草图。相似地，Li等(2013)(Li,Z.,P.Li,H.Yang and J.Liu.Internalmechanical damage prediction in tomato compression using multiscale finiteelement models[J].Journal of Food Engineering,(2013),116(3):639-647.)和顾丽霞等(2012)(顾丽霞，王春光，刘海超等.基于PeoE 5.0的不规则马铃薯建模仿真研究[J].农机化研究，(2012)，12:32-39.)将样品剖开放置在纸面上，手绘外形轮廓，并通过观察轮廓曲线变化趋势选择特征点。后来，在此基础上，Li等(2016)(Li Z,Wang Y.A multiscalefinite element model for mechanical response of tomato fruits[J].PostharvestBiologyTechnology,2016,121:19-26.)利用数码相机和图像处理技术进行了改进。但对于特征点的获取没有描述。

发明内容