基于局部点云的苹果外形指标估测方法

作     者：王浩云 闫茹琪 周小莉 马仕航 胡皓翔 徐焕良 WANG Haoyun;YAN Ruqi;ZHOU Xiaoli;MA Shihang;HU Haoxiang;XU Huanliang

作者机构：南京农业大学信息科技学院南京210095 南京农业大学农业工程博士后流动站南京210031 

出 版 物：《农业机械学报》 (Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery)

年 卷 期：2019年第50卷第5期

页      面：205-213页

核心收录：

学科分类：0710[理学-生物学] 082804[工学-农业电气化与自动化] 081203[工学-计算机应用技术] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 0802[工学-机械工程] 0835[工学-软件工程] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金项目(31601545) 中央高校基本科研业务费专项资金项目(KJQN201732) 

主　　题：苹果 局部点云 外形指标 估测 Kinect相机 三维测量 

摘      要：为了获取果实生长期的外形参数指标,监控果实发育状况,提出了一种基于局部点云的苹果外形指标估测方法。该方法可以通过局部点云数据估测苹果的体积、高度、直径等外形指标参数。利用椭球曲面方程构建苹果几何模型,并计算苹果几何模型的高度、直径、体积。使用Kinect V2相机从任意角度获取点云数据,采用直通滤波法去除点云数据的背景,用包围盒算法精简点云得到苹果局部点云数据后,采用粒子群算法将苹果局部点云数据与苹果模型进行空间匹配,并用遗传算法求解苹果最优匹配模型的参数,利用苹果最优匹配模型参数估测与其匹配的真实苹果的外形指标。实验采集了250个苹果顶部、侧面和底部的局部点云数据,使用本文方法分别估测了250个苹果在3个角度下的外形指标,并对估测值与真实值进行线性回归分析,各个指标的线性回归拟合度R^2均高于0. 7。其中,侧面拍摄时拟合效果最好,R2最高为0. 948。在各个角度下苹果体积估测的平均误差不大于16. 16 mL,高度估测的平均误差不大于2. 92 mm,直径估测的平均误差不大于2. 35 mm,估测结果的平均误差较小,在允许误差范围内。实验结果表明,基于局部点云的苹果外形指标估测方法具有较强的实用性。