基于多輪廓圖的馬鈴薯三維表面重建方法研究.pdf

1、二維圖像方法用于馬鈴薯形狀檢測時(shí)隨著相機(jī)視角的變化而存在較大誤差，隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度、存儲(chǔ)量的快速提升，通過二維圖像對馬鈴薯分級已經(jīng)難以滿足需求;同時(shí)，傳統(tǒng)的三維重建方法例如雙目視覺、通過Kinect2獲取深度信息由于信息量過大，速度達(dá)不到實(shí)時(shí)在線要求。本文提出了基于大量轉(zhuǎn)動(dòng)輪廓重建三維圖像的方法，推導(dǎo)出轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度時(shí)，二維輪廓信息與三維空間之間的映射關(guān)系，把轉(zhuǎn)動(dòng)的馬鈴薯輪廓轉(zhuǎn)換到三維空間生成一個(gè)骨架，再把曲面擬合成馬鈴薯三維模型，達(dá)到

2、了馬鈴薯快速、精確的三維重建要求。
　　主要內(nèi)容如下:
　　(1)構(gòu)建了可旋轉(zhuǎn)的圖像采集系統(tǒng)。本研究的實(shí)驗(yàn)對象為馬鈴薯，該系統(tǒng)主要包括LED光照系統(tǒng)、圖像采集軟件、相機(jī)裝置、轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)等，轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)用于模擬傳送帶的滾動(dòng)，并采集640×480像素的馬鈴薯圖像用于獲取輪廓。
　　(2)提出了利用多幅馬鈴薯不同狀態(tài)的輪廓圖來合成馬鈴薯三維表面的方法，并推導(dǎo)出二維輪廓與三維骨架之間的數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換關(guān)系。馬鈴薯轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度后，二維輪廓映射至三

3、維空間，通過分析輪廓上每個(gè)像素點(diǎn)相對的x軸，y軸，z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的方向余弦來計(jì)算該像素點(diǎn)在三維空間中的坐標(biāo)位置。把所有輪廓上的像素點(diǎn)轉(zhuǎn)換到三維空間后，形成三維骨架，進(jìn)一步采用改進(jìn)的最小二乘曲面擬合方法進(jìn)行曲面擬合形成馬鈴薯三維模型。
　　(3)確定了馬鈴薯三維模型重建的合適輪廓圖數(shù)量。對100個(gè)馬鈴薯樣本分別采用18、36、45、60、90幅輪廓圖進(jìn)行三維重建，對重建的馬鈴薯模型表面100個(gè)測試點(diǎn)采用馬鈴薯表面測試點(diǎn)到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離和測試

4、點(diǎn)的高斯曲率來檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏?zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，18、36、45、60和90幅輪廓圖重建的馬鈴薯模型測試點(diǎn)到轉(zhuǎn)動(dòng)軸的距離平均相對誤差分別為8.26％、6.85％、4.72％、3.28％、3.42％，平均絕對誤差為1.91 mm、1.23 mm、0.91 mm、0.65 mm、0.70 mm，模型表面高斯曲率的平均相對誤差為9.76％、7.57％、5.63％、3.92％、3.78％。重建模型用時(shí)分別為基于三維掃描儀建模的1/18.5、1/9