基于双目立体视觉技术的玉米叶片三维重建.pdf

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1、第26卷第4期1982010年4月农业工程学报TransactionsoftheCSAE、，01．26No．4Apr．2010基于双目立体视觉技术的玉米叶片三维重建王传宇1，赵明燃，阎建河1，周顺利1，张英华1(1．ep国农业大学农学与生物技术学院，北京100193：2．中国农业科学院作物科学研究所，北京100081)摘要：玉米叶片的三维形态特征是衡量叶片生物学特性的重要指标，为了能够简捷、快速、准确的获得叶片的三维形态，该研究以两个位置相对固定的摄像机组成双目立体视觉系统，采用平面模板法标定摄像机内外参数，照射结构光测量玉米叶片边缘与叶脉点

2、的三维坐标，对稀疏离散点进行Cardinal样条插值，三角面片化插值点重建出部分叶片三维曲面，旋转平移各部分三维曲面拼接成完整的叶片。试验结果表明该文所提出的方法不仅能够准确的重建玉米叶片三维结构，同时具有无损、非接触、自动化程度高等优势。关键词：玉米叶片，机器视觉，三维重建，立体拼接doi：10．39698．issn．1002—6819．2010．04．033中图分类号：S126文献标识码：A文章编号：1002—6819(2010)一04—0198-05王传宇，赵明，阎建河，等．基于双目立体视觉技术的玉米叶片三维重建[J】．农业工程学报，2

3、010，28“)：198--202．WangChuanyu，ZhaoMing，YahJianhe，gta1．Three-dimensionalreconstructionofmaizeleavesbased011binocularstereovisionsystem[J]．TransactionsoftheCSAE，2010，26(4)：198—202．(inChinesewithEnglishabstrae00引言叶片是玉米植株重要的光合器官，叶片的三维形态与分布特征直接影响冠层的结构与功能，因此能够快速、准确、简便的获取和重建玉米叶片三维

4、结构具有十分重要的意义。依据实施手段的不同，叶片三维重建可分为以下3种方法：1)基于数学模型，郭新宇等人⋯将参数化建模方法应用于重构叶片三维形态，以较少的参数描述了复杂的叶片结构。肖伯祥等人【2】研究了叶片形态建模中简化曲面网格算法。ChristianFournier等人pJ应用结构功能模型耦合干物质积累、光能利用率与叶片3D形态建成。模型方法应用的难点在于描述叶片不规律的形态变化存在难度，过多的模型参数不利于实际操作。2)叶片坐标测量，马韫韬、郭焱、李保国等[4-5l使用三维数字化仪对玉米植株进行三维测量和三维重建，并分析了叶片方位分布规律

5、，距茎特定距离的叶面积垂直水平分布规律等。使用接触式三维数字化仪需要人工辅助，操作繁琐复杂。3)基于图像，杨亮等人【6】拍摄黄瓜叶片图像序列重建叶片三维结构，QuanLong等人L7j使用SfM(structurefi'ommotion)方法，环绕拍摄物体多图像序列，辅助人工编辑主干枝条，重建出树木和花草的三维结构。基于图像的方法具有操作简便、快速、准确、无损、非接触等优点。特别是双目立体视觉技术，原理简收稿日期：2008-09-25修订日期：2009．Il-23项目基金：国家高新技术研究发展计划(。863”计划)项目(2006AAl0227

6、2)作者简介：王传宇(1981一)，男，吉林松原人。博士生，主要从事机器视觉技术在农业领域的应用研究。北京中国农业大学农学与生物技术学院，100193。Email：worchin@gmail．coin※通信作者：赵明(1955一)，男，博士，研究员，博士生导师。北京中国农业科学院作物科学研究所，100081．Email：zhaomingcau@163．net单实施方便，在三维重建与景深测量中应用广泛。双目立体视觉由不同位置的两台或者一台摄像机经过移动或旋转拍摄同一幅场景，通过计算空间点在两幅图像中的视差来获得该点的三维坐标。近来已有双目立体视

7、觉技术在农业领域上成功应用的报道，吕朝辉等【8】探索了立体视觉技术在测定秧苗直立度中的应用，Kise等[91将双目立体视觉用于拖拉机在作物行间自动行走的导航系统，RoviraMas等【10】以作物立体窄间多对图像重建了田间作物3D景象，He等【ll】对移栽机移栽秧苗时秧苗的物理参数进行立体估计，Wu等i12J利用立体视觉技术提取生猪的3D外形。本文将应用双日立体视觉技术结合结构光法为重建玉米叶片三维结构提供一种快速、准确、自动化程度高的解决方案。1原理及方法1．1双目立体视觉组成与原理图1为系统组成结构示意图，本系统硬件平台由两个samsun

8、gscc-b2311型彩色摄像机(分辨率704×576)、两个Fujinonfy28v8m镜头(焦距2．8～8．0mm，最大光圈F=0．95)、Vec-b5a011