基于雙目立體視覺(jué)技術(shù)的玉米葉片三維重建

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1、基于雙目立體視覺(jué)技術(shù)的玉米葉片三維重建本文由dawnjade1982貢獻(xiàn)pdf文檔可能在WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。建議您優(yōu)先選擇TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。198第26卷第4期2010年4月農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)TransactionsoftheCSAEVol.26No.4Apr.2010基于雙目立體視覺(jué)技術(shù)的玉米葉片三維重建王傳宇1，趙明2※，閻建河1，周順利1，張英華1（1．中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，北京100193；2．中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，北京100081）摘要：玉米葉片的三維形態(tài)特征是衡量葉片生物學(xué)特性的重要指標(biāo)，為了能夠簡(jiǎn)捷、快速、準(zhǔn)確的獲得葉片的三維形態(tài)，該研究以兩個(gè)

2、位置相對(duì)固定的攝像機(jī)組成雙目立體視覺(jué)系統(tǒng)，采用平面模板法標(biāo)定攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)，照射結(jié)構(gòu)光測(cè)量玉米葉片邊緣與葉脈點(diǎn)的三維坐標(biāo)，對(duì)稀疏離散點(diǎn)進(jìn)行Cardinal樣條插值，三角面片化插值點(diǎn)重建出部分葉片三維曲面，旋轉(zhuǎn)平移各部分三維曲面拼接成完整的葉片。試驗(yàn)結(jié)果表明該文所提出的方法不僅能夠準(zhǔn)確的重建玉米葉片三維結(jié)構(gòu)，同時(shí)具有無(wú)損、非接觸、自動(dòng)化程度高等優(yōu)勢(shì)。關(guān)鍵詞：玉米葉片，機(jī)器視覺(jué)，三維重建，立體拼接doi：10.3969/j.issn.1002-6819.2010.04.033中圖分類(lèi)號(hào)：S126文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1002-6819(2010)-04-0198-05王傳宇，趙明，閻建河

3、，等.基于雙目立體視覺(jué)技術(shù)的玉米葉片三維重建[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2010，26(4)：198－202.WangChuanyu,ZhaoMing,YanJianhe,etal.Three-dimensionalreconstructionofmaizeleavesbasedonbinocularstereovisionsystem[J].TransactionsoftheCSAE,2010,26(4):198－202.(inChinesewithEnglishabstract)0引言?單實(shí)施方便，在三維重建與景深測(cè)量中應(yīng)用廣泛。雙目立體視覺(jué)由不同位置的兩臺(tái)或者一臺(tái)攝像機(jī)經(jīng)過(guò)移動(dòng)或旋轉(zhuǎn)拍

4、攝同一幅場(chǎng)景，通過(guò)計(jì)算空間點(diǎn)在兩幅圖像中的視差來(lái)獲得該點(diǎn)的三維坐標(biāo)。近來(lái)已有雙目立體視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域上成功應(yīng)用的報(bào)道，呂朝輝等[8]探索了立體視覺(jué)技術(shù)在測(cè)定秧苗直立度中的應(yīng)用，Kise等[9]將雙目立體視覺(jué)用于拖拉機(jī)在作物行間自動(dòng)行走的導(dǎo)航系統(tǒng)，RoviraMas等[10]以作物立體空間多對(duì)圖像重建了田間作物3D景象，He等[11]對(duì)移栽機(jī)移栽秧苗時(shí)秧苗的物理參數(shù)進(jìn)行立體估計(jì)，Wu等[12]利用立體視覺(jué)技術(shù)提取生豬的3D外形。本文將應(yīng)用雙目立體視覺(jué)技術(shù)結(jié)合結(jié)構(gòu)光法為重建玉米葉片三維結(jié)構(gòu)提供一種快速、準(zhǔn)確、自動(dòng)化程度高的解決方案。葉片是玉米植株重要的光合器官，葉片的三維形態(tài)與分布特征直

5、接影響冠層的結(jié)構(gòu)與功能，因此能夠快速、準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便的獲取和重建玉米葉片三維結(jié)構(gòu)具有十分重要的意義。依據(jù)實(shí)施手段的不同，葉片三維重建可分為以下3種方法：1）基于數(shù)學(xué)模型，郭新宇等人[1]將參數(shù)化建模方法應(yīng)用于重構(gòu)葉片三維形態(tài)，以較少的參數(shù)描述了復(fù)雜的葉片結(jié)構(gòu)。肖伯祥等人[2]研究了葉片形態(tài)建模中簡(jiǎn)化曲面網(wǎng)格算法。ChristianFournier等人[3]應(yīng)用結(jié)構(gòu)功能模型耦合干物質(zhì)積累、光能利用率與葉片3D形態(tài)建成。模型方法應(yīng)用的難點(diǎn)在于描述葉片不規(guī)律的形態(tài)變化存在難度，過(guò)多的模型參數(shù)不利于實(shí)際操作。2）葉片坐標(biāo)測(cè)量，馬韞韜、郭焱、李保國(guó)等[4-5]使用三維數(shù)字化儀對(duì)玉米植株進(jìn)行三維測(cè)量和

6、三維重建，并分析了葉片方位分布規(guī)律，距莖特定距離的葉面積垂直水平分布規(guī)律等。使用接觸式三維數(shù)字化儀需要人工輔助，操作繁瑣復(fù)雜。3）基于圖像，楊亮等人[6]拍攝黃瓜葉片圖像序列重建葉片三維結(jié)構(gòu)，QuanLong等人[7]使用SfM（structurefrommotion）方法，環(huán)繞拍攝物體多圖像序列，輔助人工編輯主干枝條，重建出樹(shù)木和花草的三維結(jié)構(gòu)?；趫D像的方法具有操作簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確、無(wú)損、非接觸等優(yōu)點(diǎn)。特別是雙目立體視覺(jué)技術(shù)，原理簡(jiǎn)收稿日期：2008-09-25修訂日期：2009-11-2311.1原理及方法雙目立體視覺(jué)組成與原理項(xiàng)目基金：國(guó)家高新技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃“863”（計(jì)劃）

7、（2006AA10Z272）項(xiàng)目作者簡(jiǎn)介：王傳宇（1981－），男，吉林松原人，博士生，主要從事機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用研究。北京中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，100193。Email:worchin@gmail.com※通信作者：趙明（1955－），男，博士，研究員，博士生導(dǎo)師。北京中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，100081。Email:zhaomingcau@163.net圖1為系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)示意圖，本系統(tǒng)硬件平臺(tái)由兩個(gè)samsungs