基于双轮廓同步跟踪的果树枝干提取及三维重建

作     者：贺磊盈 武传宇 杜小强 He Leiying;Wu Chuanyu;Du Xiaoqiang

作者机构：浙江理工大学机械与自动控制学院杭州310018 浙江省种植装备技术重点实验室杭州310018 

出 版 物：《农业工程学报》 (Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering)

年 卷 期：2014年第30卷第7期

页      面：182-189页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金(51005215 51175476) 浙江省自然科学基金(R1110502) 高等学校博士学科点专项科研基金(20113318110001) 浙江理工大学农业机械研究团队资助 

主　　题：机器视觉 模型 线性回归 三维重建 轮廓跟踪 二叉树结构 曲率约束 

摘      要：自适应果实振动收获是利用机器视觉技术识别果树的几何参数,从而分析其动力学特性并用来自动调整振动设备的参数,达到高效低损伤的作业目的。该文以自然生长的无叶山核桃树为研究对象,根据果实自适应振动收获方式的需要,研究了一种基于双轮廓同步跟踪提取果树枝干并利用双目视觉技术进行三维重建的方法。首先结合自适应阈值分割算法和轮廓跟踪技术提取果树枝干区域,细化后得到枝干骨架并用二叉树结构描述。然后根据极线约束和拓扑结构建立双视图中树枝的对应关系。考虑到果树树枝形状的连续性,在三维重建过程中引入了曲率约束,从而提高了重建的效果。最后利用植物学的营养管道输送模型,结合线性回归方法参数化树枝半径。试验结果显示,重建的三维果树枝干形态与真实果树在视觉上很接近,估计的半径与测量半径之间的相对误差小于9%。该研究可为果树动力学模型的创建提供树体的3D结构参数,从而为果实的自适应振动收获技术提供参考。