植物形態(tài)構(gòu)型三維掃描儀關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、植物器官在生長(zhǎng)介質(zhì)中的造型和分布被稱之為植物形態(tài)構(gòu)型。研究植物的形態(tài)構(gòu)型對(duì)研究植物的生長(zhǎng)規(guī)律具有重要的理論意義。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,對(duì)農(nóng)作物形態(tài)構(gòu)型的研究對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中合理選種、配種、套種和提高農(nóng)業(yè)產(chǎn)量等有著重要的指導(dǎo)作用。如何通過計(jì)算機(jī)仿真定量地測(cè)定和分析植物形態(tài)構(gòu)型的參數(shù),是農(nóng)業(yè)信息化中亟需解決的問題。隨著計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的快速發(fā)展,高精度的三維信息獲取技術(shù)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(gòu)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(dòng)掃描方式,僅需要使用普通的相機(jī)拍攝植物器官的多角度序列圖像,再對(duì)序列圖像進(jìn)行計(jì)算分析得到植物器官的表面點(diǎn)的空間坐標(biāo)信息。獲取的表面點(diǎn)三維信息可以規(guī)范化為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)格式輸出。為此,我們?cè)O(shè)計(jì)了系統(tǒng)的總體方案,構(gòu)建了硬件平臺(tái)并開發(fā)了系統(tǒng)軟件。在此基礎(chǔ)上,我們重點(diǎn)研究了三維信息獲取系統(tǒng)中的相機(jī)定標(biāo)。
　　針對(duì)3DCS500型三維掃描儀的需求,本文研究并實(shí)現(xiàn)了一種自動(dòng)化定標(biāo)系統(tǒng)。我們基于相機(jī)和電機(jī)的出廠軟件提供的函數(shù)

3、庫進(jìn)行開發(fā),實(shí)現(xiàn)了在用戶界面中控制電機(jī)和相機(jī)的協(xié)調(diào)運(yùn)作以采集目標(biāo)圖像,這簡(jiǎn)化了圖像采集環(huán)節(jié)所需的手動(dòng)操作;編程實(shí)現(xiàn)了控制點(diǎn)信息獲取(包括控制點(diǎn)的圖像坐標(biāo)值和世界坐標(biāo)值)和定標(biāo)參數(shù)計(jì)算的自動(dòng)化。該定標(biāo)系統(tǒng)只需少量手動(dòng)操作即可獲取供掃描儀直接使用的定標(biāo)參數(shù)。
　　定標(biāo)設(shè)備因?yàn)殡y以實(shí)現(xiàn)高精度的加工和安裝,會(huì)導(dǎo)致控制點(diǎn)存在異常移位誤差。本文提出了一種迭代調(diào)整的控制點(diǎn)定位算法,用于校正這種異常誤差。先使用控制點(diǎn)檢測(cè)方法獲取原始的控制點(diǎn)圖像坐

4、標(biāo)并用于計(jì)算一個(gè)初始定標(biāo)參數(shù)。接著對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行反投影并計(jì)算投影點(diǎn)到控制點(diǎn)的距離,與全局的反投影均方根誤差比較,根據(jù)比較的結(jié)果對(duì)控制點(diǎn)的圖像坐標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整過的控制點(diǎn)圖像坐標(biāo)用于計(jì)算新的定標(biāo)參數(shù),再次進(jìn)行反投影計(jì)算,以此循環(huán)直到收斂。該方法能以較小的時(shí)間代價(jià),大幅提高控制點(diǎn)的定位精度。
　　在平面模板平移的定標(biāo)方法中,定標(biāo)板的裝配誤差會(huì)導(dǎo)致定標(biāo)板偏離理想位置,以致產(chǎn)生誤差。對(duì)于這種裝配誤差,本文提出了基于基準(zhǔn)圖像的定標(biāo)校正方法和基

5、于控制點(diǎn)信息特征的迭代校正方法。在基于基準(zhǔn)圖像的定標(biāo)校正方法中,我們從電動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)中心放下一個(gè)線錘,以背景屏為背景拍攝一張錘線圖像。檢測(cè)錘線并獲取校正點(diǎn)信息,代入建立的定標(biāo)板歪斜模型計(jì)算歪斜系數(shù)。使用歪斜系數(shù)校正控制點(diǎn)世界坐標(biāo)存在的誤差并計(jì)算定標(biāo)參數(shù)。在基于控制點(diǎn)信息特征的迭代校正方法中,我們建立了一個(gè)歪斜校正模型去校正定標(biāo)物的歪斜誤差?；诳拷?biāo)物安裝點(diǎn)最近的控制點(diǎn)的歪斜誤差是非常小的以致可以忽略不計(jì)的特性,提出了一個(gè)求解歪斜系數(shù)的優(yōu)