基于Kinect V3的单株作物自动化三维重建与验证

摘要：

为高效、精确地对单株作物进行三维重建,以点云方式无损测量作物表型信息,该研究提出一种基于Kinect V3深度相机的三维重建系统.使用步进电机搭建了一个旋转台,并将旋转台面设计成多颜色同心圆,利用同心圆计算平面法向量及圆心两特征信息,用于点云水平校准以及获取点云间的旋转平移矩阵;将Kinect V3采集的多视角点云变换到同一坐标系下,并结合裁剪迭代最近点(Trimmed Iterative Closest Point,TrICP)算法实现了多视角点云的粗配准与精配准,完成了作物三维重建.为检验该研究的三维重建效果,选取菜心、黄瓜苗为试验对象,与多视图立体视觉-运动恢复结构(Multi-View Stereo and Structure From Motion,MVS-SFM)算法重建点云进行对比,并提取叶面积参数与人工测量值进行比较.结果表明,两种方法下重建后的菜心点云间平均距离误差为0.59 cm,黄瓜苗点云间平均距离误差为0.67 cm,具有较高的相似度,而相较于MVS-SFM算法,该研究提出的方法的重建速度提高了约90％;该研究提出的方法所重建点云,菜心叶面积提取与标准参考值相对误差均值为5.88％,均方根误差为3.83 cm2,黄瓜苗叶面积提取与标准参考值相对误差均值别为6.50％,均方根误差为2.08 cm2,都显现出较高的准确性.该研究提出的方法能对单株作物进行快速三维重建,能有效提取叶面积参数,可为作物育种、栽培和农业生产提供高效技术手段和数据支持.

关键词：作物、三维重建、点云配准、叶面积、旋转台特征、Kinect V3

所属期刊栏目：38

分类号：TP391.4(计算技术、计算机技术)

资助基金：岭南现代农业实验室科研项目;广东省重点领域研发计划项目;广东省青年基金

在线出版日期：2023-01-11（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：215-223