基于Kinect的苹果树冠层特征信息提取方法研究
发布时间：2021-08-13 15:08
冠层作为果树最先接触光照与外界环境的部分,是果树进行光合作用以及呼吸作用的主要场所。果树的冠层结构特征不仅塑造了植物形态各异的外观造型,同时也反映了果树的生长状况和果实的产量潜力。尤其是在现代化果业中,建立一套完整的、精准的、自动化的冠层的特征形态信息感知、处理、分析、输出系统,可以为新型的果业发展决策提供较为科学的数据支持。为了能够便捷、高效地获取苹果树冠层的形态结构以及果实生长信息,本文设计了一种基于Kinect传感器和MATLAB软件的苹果树冠层信息提取方法,实现对苹果树冠层原始图像信息的感知、三维点云的建立、以及特征参数的提取。本文主要的研究工作内容和结论如下:（1）设计了基于Kinect传感器的苹果树冠层信息提取的整体技术方案。搭建试验的软硬件架构,根据苹果树的立体结构特征,选取三种不同的树形结构,确定平视、仰视、俯视三个不同的图像信息采集视角,实现苹果树冠层特征参数的信息提取。（2）建立了苹果树三维点云模型,对输出模型进行了图像优化以及信息预处理。使用Kinect传感器获取目标果树的原始图像信息,包括Color Source、Depth、Color Depth以及Infra...
【文章来源】：南京农业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２基于激光传感器的果园喷雾机喷头定位??Ｆｉｇ．?１－２?Ｌａｓｅｒ?ｓｅｎｓｏｒ?ｂａｓｅｄ?ｌｏｃａｔｉｏｎ?ｆｏｒ?ｓｐｒｉｎｋｌｅｒ?ｈｅａｄ?ｏｆ?ｏｒｃｈａｒｄ?ｓｐｒａｙｅｒ??
?第一章绪论???＼?Ｐ、，、．?—???????￣??？、…丁一．——”－－－：？?，－??（Ｃ）实验结果??图１－３基于超声波的果树冠层信息采集试验??Ｆｉｇ．?１－３?Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ?ｗａｖｅ?ｂａｓｅｄ?ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ?ｔｅｓｔ?ｏｆ?ｆｒｕｉｔ?ｔｒｅｅ?ｃａｎｏｐｙ??而美国佛罗里达大学的Ｑ．Ｕ．?Ｚａｍａｎ等［｜５］采用超声波对果树冠层特征参数信息的??感知与获取展开了大量的研究，通过试验得到的数据表明了超声源波对果树冠层体积??测量精度的相关影响因素，如超声波传感器的数量、位置、集束角，包括传感器所搭??载载体的运行路径和平稳程度等，都会对果树冠层信息的获取产生一定的影响。具体??的试验图像如图１－４所示。??；．?ｆ?＾?．?１??图１－４超声波对于果树冠层信息获取过程的影响的试验??Ｆｉｇ．?１－４?Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ?ｅｆｆｅｃｔｓ?ｏｎ?ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｆｒｕｉｔ?ｔｒｅｅｓ?ｃａｎｏｐｙ??在上述的三种果树信息感知与采集的方法中，机器视觉传感器可以获得较为丰富??的植物信息，而激光雷达传感器可以获得较高精度的植物信息，超声波传感器相比于??前面二者价格低廉，操作成本较低。在自然场景中，即使是较为理想的试验环境，也??会面临信息缺失这样的问题，如植物的无规则三维形态不可避免的会存在一些遮挡现??象，导致传感信息的缺失。其中，激光传感器可以获得精度较高的植物信息，能够使??用单一的传感设备获得较为丰富的果树信息，在农业三维信息检测方面有着非常重要??的实际意义。
?第二章苹果树点云模型建立与预处理???第二章苹果树点云模型建立与预处理??本章主要介绍Ｋｉｎｅｃｔ传感器的硬件系统、软件系统组成部分，设备相关参数、技??术指标以及工作原理，并对现有的几种深度图像信息获取技术作简要的概述，详解??Ｋｉｎｅｃｔ传感器获取深度信息的原理以及所呈现的深度图像基本形式。获取苹果树的二??维坐标和深度信息，通过ＭＡＴＬＡＢ对其进行坐标转换，输出三维点云模型，并对得??到的模型进行预处理，为之后的特征信息提取做准备。??２．１?Ｋｉｎｅｃｔ?介绍??２．１．１?Ｋｉｎｅｃｔ硬件系统??Ｋｉｎｅｃｔ传感器是微软公司研制的一款体感游戏机设备，它改变了传统游戏设备的??操纵杆或是键盘等人机互动模块，更新了人们的游戏体验的感受，颠覆了传统人机交??互的信息传输方式，随着这种新型传感器的推广和普及，其他行业也进行了相关的技??术升级。Ｋｉｎｅｃｔ传感器不仅能获取拍摄对象的ＲＧＢ图像、深度图像，还能得到红外??图像等其他信息，并实现对目标对象实时动作追踪、语音识别、图像识別等功能［１７］。??使用者在使用Ｋｉｎｅｃｔ的时候，其三维空间信息都可以被实时的采集到，使用者只需采??用动作或是语音即可实现对游戏系统的操作，如图２－１所示。??：涵??图２－１?Ｋｉｎｅｃｔ游戏使用示例??Ｆｉｇ．２－１?Ｋｉｎｅｃｔ?ｇａｍｅ?ｕｓｅ?ｅｘａｍｐｌｅｓ??Ｋｉｎｅｃｔ传感器的硬件系统包括多个部分：ＲＧＢ摄像机用于获取ＲＧＢ图像、红外??摄像机用于获取红外图像、深度图像，麦克风设备用于获取环境语音信息，以及马达??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]计算机图形图像处理技术应用研究[J]. 周建军. 湖南邮电职业技术学院学报. 2017(04)
[2]计算机图形图像处理的关键技术[J]. 王志中. 山东工业技术. 2017(17)
[3]果树冠层形态特征测量与分析研究进展[J]. 陈海啸,陆声链,徐践. 中国农业科技导报. 2016(06)
[4]基于Fermi平台的双边滤波超声图像斑点噪声抑制并行处理算法[J]. 张霞,何兴无. 计算机应用与软件. 2013(10)
[5]基于Kinect深度信息的实时三维重建和滤波算法研究[J]. 陈晓明,蒋乐天,应忍冬. 计算机应用研究. 2013(04)
[6]基于Kinect的虚拟3D视频会议场景融合研究[J]. 程宏伟,蒋乐天. 计算机与数字工程. 2013(02)
[7]基于Kinect的农作物长势深度图像实时获取算法[J]. 江晓庆,肖德琴,张波,陈剑. 广东农业科学. 2012(23)
[8]基于Kinect系统的场景建模与机器人自主导航[J]. 杨东方,王仕成,刘华平,刘志国,孙富春. 机器人. 2012(05)
[9]基于GPU和Kinect的快速物体重建[J]. 刘鑫,许华荣,胡占义. 自动化学报. 2012(08)
[10]Kinect体感技术在动物外科实验教学中的应用及展望[J]. 吕开阳,叶华茂,李晓光,白玉树,徐正梅,沈洪兴,赵志青,景在平. 中国医学教育技术. 2012(02)
博士论文
[1]苹果树冠层光照分布计算方法研究[D]. 马晓丹.中国农业大学 2015
硕士论文
[1]基于Kinect传感器的三维点云模型重建研究[D]. 周致富.武汉科技大学 2015
[2]基于Kinect的三维人体建模与测量的研究[D]. 宋诗超.东华大学 2013
[3]基于Kinect的三维重建[D]. 范哲.西安电子科技大学 2013
[4]数字图像抠图算法研究[D]. 费炳超.电子科技大学 2012
[5]静态图像感兴趣区域提取关键技术研究[D]. 李超.天津大学 2007
本文编号：3340651
【文章来源】：南京农业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－２基于激光传感器的果园喷雾机喷头定位??Ｆｉｇ．?１－２?Ｌａｓｅｒ?ｓｅｎｓｏｒ?ｂａｓｅｄ?ｌｏｃａｔｉｏｎ?ｆｏｒ?ｓｐｒｉｎｋｌｅｒ?ｈｅａｄ?ｏｆ?ｏｒｃｈａｒｄ?ｓｐｒａｙｅｒ??
?第一章绪论???＼?Ｐ、，、．?—???????￣??？、…丁一．——”－－－：？?，－??（Ｃ）实验结果??图１－３基于超声波的果树冠层信息采集试验??Ｆｉｇ．?１－３?Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ?ｗａｖｅ?ｂａｓｅｄ?ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ?ｔｅｓｔ?ｏｆ?ｆｒｕｉｔ?ｔｒｅｅ?ｃａｎｏｐｙ??而美国佛罗里达大学的Ｑ．Ｕ．?Ｚａｍａｎ等［｜５］采用超声波对果树冠层特征参数信息的??感知与获取展开了大量的研究，通过试验得到的数据表明了超声源波对果树冠层体积??测量精度的相关影响因素，如超声波传感器的数量、位置、集束角，包括传感器所搭??载载体的运行路径和平稳程度等，都会对果树冠层信息的获取产生一定的影响。具体??的试验图像如图１－４所示。??；．?ｆ?＾?．?１??图１－４超声波对于果树冠层信息获取过程的影响的试验??Ｆｉｇ．?１－４?Ｕｌｔｒａｓｏｕｎｄ?ｅｆｆｅｃｔｓ?ｏｎ?ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ?ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ?ｐｒｏｃｅｓｓ?ｏｆ?ｆｒｕｉｔ?ｔｒｅｅｓ?ｃａｎｏｐｙ??在上述的三种果树信息感知与采集的方法中，机器视觉传感器可以获得较为丰富??的植物信息，而激光雷达传感器可以获得较高精度的植物信息，超声波传感器相比于??前面二者价格低廉，操作成本较低。在自然场景中，即使是较为理想的试验环境，也??会面临信息缺失这样的问题，如植物的无规则三维形态不可避免的会存在一些遮挡现??象，导致传感信息的缺失。其中，激光传感器可以获得精度较高的植物信息，能够使??用单一的传感设备获得较为丰富的果树信息，在农业三维信息检测方面有着非常重要??的实际意义。
?第二章苹果树点云模型建立与预处理???第二章苹果树点云模型建立与预处理??本章主要介绍Ｋｉｎｅｃｔ传感器的硬件系统、软件系统组成部分，设备相关参数、技??术指标以及工作原理，并对现有的几种深度图像信息获取技术作简要的概述，详解??Ｋｉｎｅｃｔ传感器获取深度信息的原理以及所呈现的深度图像基本形式。获取苹果树的二??维坐标和深度信息，通过ＭＡＴＬＡＢ对其进行坐标转换，输出三维点云模型，并对得??到的模型进行预处理，为之后的特征信息提取做准备。??２．１?Ｋｉｎｅｃｔ?介绍??２．１．１?Ｋｉｎｅｃｔ硬件系统??Ｋｉｎｅｃｔ传感器是微软公司研制的一款体感游戏机设备，它改变了传统游戏设备的??操纵杆或是键盘等人机互动模块，更新了人们的游戏体验的感受，颠覆了传统人机交??互的信息传输方式，随着这种新型传感器的推广和普及，其他行业也进行了相关的技??术升级。Ｋｉｎｅｃｔ传感器不仅能获取拍摄对象的ＲＧＢ图像、深度图像，还能得到红外??图像等其他信息，并实现对目标对象实时动作追踪、语音识别、图像识別等功能［１７］。??使用者在使用Ｋｉｎｅｃｔ的时候，其三维空间信息都可以被实时的采集到，使用者只需采??用动作或是语音即可实现对游戏系统的操作，如图２－１所示。??：涵??图２－１?Ｋｉｎｅｃｔ游戏使用示例??Ｆｉｇ．２－１?Ｋｉｎｅｃｔ?ｇａｍｅ?ｕｓｅ?ｅｘａｍｐｌｅｓ??Ｋｉｎｅｃｔ传感器的硬件系统包括多个部分：ＲＧＢ摄像机用于获取ＲＧＢ图像、红外??摄像机用于获取红外图像、深度图像，麦克风设备用于获取环境语音信息，以及马达??７??
【参考文献】：
期刊论文
[1]计算机图形图像处理技术应用研究[J]. 周建军. 湖南邮电职业技术学院学报. 2017(04)
[2]计算机图形图像处理的关键技术[J]. 王志中. 山东工业技术. 2017(17)
[3]果树冠层形态特征测量与分析研究进展[J]. 陈海啸,陆声链,徐践. 中国农业科技导报. 2016(06)
[4]基于Fermi平台的双边滤波超声图像斑点噪声抑制并行处理算法[J]. 张霞,何兴无. 计算机应用与软件. 2013(10)
[5]基于Kinect深度信息的实时三维重建和滤波算法研究[J]. 陈晓明,蒋乐天,应忍冬. 计算机应用研究. 2013(04)
[6]基于Kinect的虚拟3D视频会议场景融合研究[J]. 程宏伟,蒋乐天. 计算机与数字工程. 2013(02)
[7]基于Kinect的农作物长势深度图像实时获取算法[J]. 江晓庆,肖德琴,张波,陈剑. 广东农业科学. 2012(23)
[8]基于Kinect系统的场景建模与机器人自主导航[J]. 杨东方,王仕成,刘华平,刘志国,孙富春. 机器人. 2012(05)
[9]基于GPU和Kinect的快速物体重建[J]. 刘鑫,许华荣,胡占义. 自动化学报. 2012(08)
[10]Kinect体感技术在动物外科实验教学中的应用及展望[J]. 吕开阳,叶华茂,李晓光,白玉树,徐正梅,沈洪兴,赵志青,景在平. 中国医学教育技术. 2012(02)
博士论文
[1]苹果树冠层光照分布计算方法研究[D]. 马晓丹.中国农业大学 2015
硕士论文
[1]基于Kinect传感器的三维点云模型重建研究[D]. 周致富.武汉科技大学 2015
[2]基于Kinect的三维人体建模与测量的研究[D]. 宋诗超.东华大学 2013
[3]基于Kinect的三维重建[D]. 范哲.西安电子科技大学 2013
[4]数字图像抠图算法研究[D]. 费炳超.电子科技大学 2012
[5]静态图像感兴趣区域提取关键技术研究[D]. 李超.天津大学 2007
本文编号：3340651
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