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)型對研究植物的生長規(guī)律具有重要的理論意義。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,對農(nóng)作物形態(tài)構(gòu)型的研究對于農(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。如何通過計算機仿真定量地測定和分析植物形態(tài)構(gòu)型的參數(shù),是農(nóng)業(yè)信息化中亟需解決的問題。隨著計算機視覺技術(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(jìn)行計算分析得到植物器官的表面點的空間坐標(biāo)信息。獲取的表面點三維信息可以規(guī)范化為國際標(biāo)準(zhǔn)格式輸出。為此,我們設(shè)計了系統(tǒng)的總體方案,構(gòu)建了硬件平臺并開發(fā)了系統(tǒng)軟件。在此基礎(chǔ)上,我們重點研究了三維信息獲取系統(tǒng)中的相機定標(biāo)。
　　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(biāo)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(jìn)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(diào)運作以采集目標(biāo)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(biāo)值和世界坐標(biāo)值)和定標(biāo)參數(shù)計算的自動化。該定標(biāo)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(biāo)參數(shù)。
　　定標(biāo)設(shè)備因為難以實現(xiàn)高精度的加工和安裝,會導(dǎo)致控制點存在異常移位誤差。本文提出了一種迭代調(diào)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(biāo)并用于計算一個初始定標(biāo)參數(shù)。接著對控制點進(jìn)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(jié)果對控制點的圖像坐標(biāo)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整過的控制點圖像坐標(biāo)用于計算新的定標(biāo)參數(shù),再次進(jìn)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(biāo)方法中,定標(biāo)板的裝配誤差會導(dǎo)致定標(biāo)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(zhǔn)圖像的定標(biāo)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(zhǔn)圖像的定標(biāo)校正方法中,我們從電動旋轉(zhuǎn)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(biāo)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(biāo)存在的誤差并計算定標(biāo)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(biāo)物的歪斜誤差。基于靠近定標(biāo)物安裝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)