基于三角度多幅图像的马铃薯三维重建系统研究
发布时间：2021-11-09 11:41
随着信息技术和农业知识的逐步融合,对作物结构和生理功能的研究进入了数字化和视觉化阶段。先进的检测技术和现代信息计算机技术能够以视觉方式重现作物的形状和结构,从而在环境中快速获取数据信息,重建三维结构,分析、模拟和预测植物生长的动态过程和植物与植物之间的相互作用,在植物繁殖与数码植物研究方面,对作物生产过程和形态进行三维视觉方式的测量和分析是难点也是热点。对研究植物三维可视化以及植物表面特征方面有着十分重要的现实意义。以三角度多图像三维重构方法为基础,进行多视点二维图像序列的拍摄,以此来获取植物形态结构的纹理数据与密集点云,相对于其他三维重构来看,这种方法有着很好的灵活性,便于进行数据收集,有着较低设备成本。能有效获取非常密集的点云三维信息,而且还包含具有非常真实感觉的图像的颜色纹理信息。近年来,该方法引起了众多研究者的关注,在植物的三维建模研究方面,这也是一种主要方法。通过多视角图像技术来实施植物三维重建的研究,也存在一些影响因素,是研究的难点和重点,如采集频率、相机点设计和环境的影响,还有点云合成后的相关处理。其中一个关键是合理设计数据采集装置,通过科学的后处理算法来进行计算,本文对...
【文章来源】：宁夏大学宁夏回族自治区 211工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１三角量测的数学模型??假设Ｘ三维空间点主要是和通过四维齐次向量Ｘ?＝?Ｙ，Ｚ，Ｕ１来进行表达，图像ｘ则主要??
宁夏大学硕士学位论文?第二章多视角三维重建的理论基础??转矩阵以及相对平移矢量Ｔ。??Ｐ??标?极极??１???么??＾?Ｐ?基线?＾?〇２??上?、．（Ｒ?ｔ）?乂’??图２－２三相机三目对极几何关系??在图２－２中，极坐标几何提供极坐标约束。如果实际是在相机１上来建立世界坐标系，也就??是说相机１的坐标系实际上与世界坐标系之前存在重合，相应的相机１的旋转矩阵实际上就是单??位矩阵，其平移向量为０向量。〇，和〇２是同一相机在不同时间的光学中心的空间位置。〇２相对??于世界坐标系的变换实际上是相对于相机１的变换。ｐ是三维空间中的一个点。Ａ和；？２是三维??空间点ｐ在位于其各自成像平面上的不同相机位置下的投影。??２．４相机标定??２．４．１标定方法??极坐标几何模型主要是针对两幅图像的具体特征以及互相之间的几何关系进行描述，并充分??利用基本矩阵或者是特征矩阵来实现对问题的求解，在此基础上就能够实现对内外参数的获龋??摄像机标定的实质是利用摄像机成像的几何模型，求解三维空间点到二维图像点变换过程中的未??知变量，建立二维图像与三维空间的关系。??（１）传统的校准方法。传统的标定方法是利用高精度的二维或三维标定器提供特定的物理??尺寸信息，然后在三维场景中建立图像像素与其真实位置之间的线性关系，得到了二维像素点与??三维空间点之间的多重线性公式。通过求解线性方程组，可以得到未知量。但是，由于头部带来??的非线性因素，该方法不考虑摄像机反射镜，标定精度相对较低针对上述缺点，基于摄像机??线性成像模型的两步法，利用多组线性方程组求出摄像机的内外参数矩阵，并以第一步得到的参??数值为初始值，考虑摄像机畸变因子的非
得到更精确的摄像机内外参数。Ｏｐｅｎ?ＣＶ是英特尔开放式计算机视觉功能库，具有强大的图像??和矩阵计算能力，有效地提高了开发效率１＠。本文采用的标定方法是基于开放式ＣＶ图像处理平??台。开放式ＣＶ的标定方法主要是由张正友提出来的，该标定方法是处于自标定与传统标定之间??的一种方法。该方法不需要严格的控制场，比传统的标定方法更加灵活。要计算摄像机的内外参??数，至少需要采集３幅不同姿态的校准器图像。由于定标板的制造精度在一定程度上影响着相机??定标的精度，目前大多采用激光打印的方法制作，图２－３显示了棋盘校准板的形状。??ｍ??图２－３棋盘格标定板形状??本文的标定方法是在棋盘平面标定方法的基础上，利用棋盘的物理尺寸、长度和宽度进行标??定。该相机是由中国大恒图像公司生产的ＣＣＤ工业数码相机。模型为ＭＥＲ－１２５－３０ＧＣ－Ｐ，分辨??率为１９２０ｘ９６０，最大帧速率为３０帧／秒，像素大小为３．７５＾ｉｍｘ３．７５ｎｉｎ，数据传输接口支持千兆以??太网，具有外部触发采集功能。??２．４．２畸变校正??相机模型主要是针对相机成像来进行研究一种基本模型。但是，由于实际应用的针孔模型存??在透光率相对比较低的问题，实际需求的曝光量很难在短时间内满足，因此，对于实际使用的相??机来说，需要充分借助镜头来获取更加充足的光纤，但是这种情况会使得图像存在失真的现象。??在进行三维重构的过程中，精度会受到图像畸变的影响，对此进行校正后就能有效提升三维重构??的精度。畸变主要有切向以及径向等两种。切向畸变主要指的是因装配的问题而导致透镜与成像??平面不平行造成的。径向畸变是由透镜表面曲率的变化引起的。在当今装配技术不断进步的前提??下，径
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于t分布函数的玉米群体三维模型构建方法[J]. 温维亮,赵春江,郭新宇,王勇健,杜建军,于泽涛. 农业工程学报. 2018(04)
[2]基于无人机倾斜摄影的露天矿边坡三维重建[J]. 王果,蒋瑞波,肖海红,张迪. 中国矿业. 2017(04)
[3]基于计算机视觉的三维重建技术综述[J]. 徐超,李乔. 数字技术与应用. 2017(01)
[4]双阈值Alpha Shapes算法提取点云建筑物轮廓研究[J]. 李云帆,谭德宝,高广,刘瑞. 长江科学院院报. 2016(11)
[5]融合航空影像和LIDAR点云的建筑物探测及轮廓提取[J]. 程效军,程小龙,胡敏捷,郭王,张立朔. 中国激光. 2016(05)
[6]基于双目立体视觉的葡萄采摘防碰空间包围体求解与定位[J]. 罗陆锋,邹湘军,叶敏,杨自尚,张丛,朱娜,王成琳. 农业工程学报. 2016(08)
[7]基于符号曲面变化度与特征分区的点云特征线提取算法[J]. 聂建辉,刘烨,高浩,王保云,葛毓琴. 计算机辅助设计与图形学学报. 2015(12)
[8]基于SfM方法的高密度点云数据生成及精度分析[J]. 魏占玉,Arrowsmith Ramon,何宏林,高伟. 地震地质. 2015(02)
[9]基于多视角立体视觉的植株三维重建与精度评估[J]. 胡鹏程,郭焱,李保国,朱晋宇,马韫韬. 农业工程学报. 2015(11)
[10]一种多相机系统的研究与实现[J]. 刘昊,魏志强,李臻,盛艳秀,王袭. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2015(03)
硕士论文
[1]基于双目视觉的三维重建方法研究[D]. 魏菊锦.沈阳工业大学 2016
[2]基于OpenCV的红外多目视觉的物体三维重建的研究[D]. 陈绍敏.南昌航空大学 2014
本文编号：3485263
【文章来源】：宁夏大学宁夏回族自治区 211工程院校
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－１三角量测的数学模型??假设Ｘ三维空间点主要是和通过四维齐次向量Ｘ?＝?Ｙ，Ｚ，Ｕ１来进行表达，图像ｘ则主要??
宁夏大学硕士学位论文?第二章多视角三维重建的理论基础??转矩阵以及相对平移矢量Ｔ。??Ｐ??标?极极??１???么??＾?Ｐ?基线?＾?〇２??上?、．（Ｒ?ｔ）?乂’??图２－２三相机三目对极几何关系??在图２－２中，极坐标几何提供极坐标约束。如果实际是在相机１上来建立世界坐标系，也就??是说相机１的坐标系实际上与世界坐标系之前存在重合，相应的相机１的旋转矩阵实际上就是单??位矩阵，其平移向量为０向量。〇，和〇２是同一相机在不同时间的光学中心的空间位置。〇２相对??于世界坐标系的变换实际上是相对于相机１的变换。ｐ是三维空间中的一个点。Ａ和；？２是三维??空间点ｐ在位于其各自成像平面上的不同相机位置下的投影。??２．４相机标定??２．４．１标定方法??极坐标几何模型主要是针对两幅图像的具体特征以及互相之间的几何关系进行描述，并充分??利用基本矩阵或者是特征矩阵来实现对问题的求解，在此基础上就能够实现对内外参数的获龋??摄像机标定的实质是利用摄像机成像的几何模型，求解三维空间点到二维图像点变换过程中的未??知变量，建立二维图像与三维空间的关系。??（１）传统的校准方法。传统的标定方法是利用高精度的二维或三维标定器提供特定的物理??尺寸信息，然后在三维场景中建立图像像素与其真实位置之间的线性关系，得到了二维像素点与??三维空间点之间的多重线性公式。通过求解线性方程组，可以得到未知量。但是，由于头部带来??的非线性因素，该方法不考虑摄像机反射镜，标定精度相对较低针对上述缺点，基于摄像机??线性成像模型的两步法，利用多组线性方程组求出摄像机的内外参数矩阵，并以第一步得到的参??数值为初始值，考虑摄像机畸变因子的非
得到更精确的摄像机内外参数。Ｏｐｅｎ?ＣＶ是英特尔开放式计算机视觉功能库，具有强大的图像??和矩阵计算能力，有效地提高了开发效率１＠。本文采用的标定方法是基于开放式ＣＶ图像处理平??台。开放式ＣＶ的标定方法主要是由张正友提出来的，该标定方法是处于自标定与传统标定之间??的一种方法。该方法不需要严格的控制场，比传统的标定方法更加灵活。要计算摄像机的内外参??数，至少需要采集３幅不同姿态的校准器图像。由于定标板的制造精度在一定程度上影响着相机??定标的精度，目前大多采用激光打印的方法制作，图２－３显示了棋盘校准板的形状。??ｍ??图２－３棋盘格标定板形状??本文的标定方法是在棋盘平面标定方法的基础上，利用棋盘的物理尺寸、长度和宽度进行标??定。该相机是由中国大恒图像公司生产的ＣＣＤ工业数码相机。模型为ＭＥＲ－１２５－３０ＧＣ－Ｐ，分辨??率为１９２０ｘ９６０，最大帧速率为３０帧／秒，像素大小为３．７５＾ｉｍｘ３．７５ｎｉｎ，数据传输接口支持千兆以??太网，具有外部触发采集功能。??２．４．２畸变校正??相机模型主要是针对相机成像来进行研究一种基本模型。但是，由于实际应用的针孔模型存??在透光率相对比较低的问题，实际需求的曝光量很难在短时间内满足，因此，对于实际使用的相??机来说，需要充分借助镜头来获取更加充足的光纤，但是这种情况会使得图像存在失真的现象。??在进行三维重构的过程中，精度会受到图像畸变的影响，对此进行校正后就能有效提升三维重构??的精度。畸变主要有切向以及径向等两种。切向畸变主要指的是因装配的问题而导致透镜与成像??平面不平行造成的。径向畸变是由透镜表面曲率的变化引起的。在当今装配技术不断进步的前提??下，径
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于t分布函数的玉米群体三维模型构建方法[J]. 温维亮,赵春江,郭新宇,王勇健,杜建军,于泽涛. 农业工程学报. 2018(04)
[2]基于无人机倾斜摄影的露天矿边坡三维重建[J]. 王果,蒋瑞波,肖海红,张迪. 中国矿业. 2017(04)
[3]基于计算机视觉的三维重建技术综述[J]. 徐超,李乔. 数字技术与应用. 2017(01)
[4]双阈值Alpha Shapes算法提取点云建筑物轮廓研究[J]. 李云帆,谭德宝,高广,刘瑞. 长江科学院院报. 2016(11)
[5]融合航空影像和LIDAR点云的建筑物探测及轮廓提取[J]. 程效军,程小龙,胡敏捷,郭王,张立朔. 中国激光. 2016(05)
[6]基于双目立体视觉的葡萄采摘防碰空间包围体求解与定位[J]. 罗陆锋,邹湘军,叶敏,杨自尚,张丛,朱娜,王成琳. 农业工程学报. 2016(08)
[7]基于符号曲面变化度与特征分区的点云特征线提取算法[J]. 聂建辉,刘烨,高浩,王保云,葛毓琴. 计算机辅助设计与图形学学报. 2015(12)
[8]基于SfM方法的高密度点云数据生成及精度分析[J]. 魏占玉,Arrowsmith Ramon,何宏林,高伟. 地震地质. 2015(02)
[9]基于多视角立体视觉的植株三维重建与精度评估[J]. 胡鹏程,郭焱,李保国,朱晋宇,马韫韬. 农业工程学报. 2015(11)
[10]一种多相机系统的研究与实现[J]. 刘昊,魏志强,李臻,盛艳秀,王袭. 中国海洋大学学报(自然科学版). 2015(03)
硕士论文
[1]基于双目视觉的三维重建方法研究[D]. 魏菊锦.沈阳工业大学 2016
[2]基于OpenCV的红外多目视觉的物体三维重建的研究[D]. 陈绍敏.南昌航空大学 2014
本文编号：3485263
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