植物形態(tài)構型三維掃描儀關鍵技術研究.pdf

1、植物器官在生長介質中的造型和分布被稱之為植物形態(tài)構型。研究植物的形態(tài)構型對研究植物的生長規(guī)律具有重要的理論意義。在農業(yè)領域,對農作物形態(tài)構型的研究對于農業(yè)生產(chǎn)中合理選種、配種、套種和提高農業(yè)產(chǎn)量等有著重要的指導作用。如何通過計算機仿真定量地測定和分析植物形態(tài)構型的參數(shù),是農業(yè)信息化中亟需解決的問題。隨著計算機視覺技術的快速發(fā)展,高精度的三維信息獲取技術可以滿足此類需求。
　　本文研究了一種專用于植物器官形態(tài)構型的三維信息獲取系統(tǒng)。

2、該掃描儀基于無接觸式的被動掃描方式,僅需要使用普通的相機拍攝植物器官的多角度序列圖像,再對序列圖像進行計算分析得到植物器官的表面點的空間坐標信息。獲取的表面點三維信息可以規(guī)范化為國際標準格式輸出。為此,我們設計了系統(tǒng)的總體方案,構建了硬件平臺并開發(fā)了系統(tǒng)軟件。在此基礎上,我們重點研究了三維信息獲取系統(tǒng)中的相機定標。
　　針對3DCS500型三維掃描儀的需求,本文研究并實現(xiàn)了一種自動化定標系統(tǒng)。我們基于相機和電機的出廠軟件提供的函數(shù)

3、庫進行開發(fā),實現(xiàn)了在用戶界面中控制電機和相機的協(xié)調運作以采集目標圖像,這簡化了圖像采集環(huán)節(jié)所需的手動操作;編程實現(xiàn)了控制點信息獲取(包括控制點的圖像坐標值和世界坐標值)和定標參數(shù)計算的自動化。該定標系統(tǒng)只需少量手動操作即可獲取供掃描儀直接使用的定標參數(shù)。
　　定標設備因為難以實現(xiàn)高精度的加工和安裝,會導致控制點存在異常移位誤差。本文提出了一種迭代調整的控制點定位算法,用于校正這種異常誤差。先使用控制點檢測方法獲取原始的控制點圖像坐

4、標并用于計算一個初始定標參數(shù)。接著對控制點進行反投影并計算投影點到控制點的距離,與全局的反投影均方根誤差比較,根據(jù)比較的結果對控制點的圖像坐標進行調整。調整過的控制點圖像坐標用于計算新的定標參數(shù),再次進行反投影計算,以此循環(huán)直到收斂。該方法能以較小的時間代價,大幅提高控制點的定位精度。
　　在平面模板平移的定標方法中,定標板的裝配誤差會導致定標板偏離理想位置,以致產(chǎn)生誤差。對于這種裝配誤差,本文提出了基于基準圖像的定標校正方法和基

5、于控制點信息特征的迭代校正方法。在基于基準圖像的定標校正方法中,我們從電動旋轉臺中心放下一個線錘,以背景屏為背景拍攝一張錘線圖像。檢測錘線并獲取校正點信息,代入建立的定標板歪斜模型計算歪斜系數(shù)。使用歪斜系數(shù)校正控制點世界坐標存在的誤差并計算定標參數(shù)。在基于控制點信息特征的迭代校正方法中,我們建立了一個歪斜校正模型去校正定標物的歪斜誤差?；诳拷宋锇惭b點最近的控制點的歪斜誤差是非常小的以致可以忽略不計的特性,提出了一個求解歪斜系數(shù)的優(yōu)