利索能及
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专利号: 2019111704650
申请人: 湖南农业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-10-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种测度谷粒表面积和投影参数的新方法,其特征在于该方法包括步骤:S1.图像获取,使用蓝光三维扫描仪530P/A(Blue Light 3D Scanning System 530P/A)扫描,获得背景板的激光点云数据BGCP(x,y,z),x,y,z为点云的空间坐标);将水稻谷粒批量放置在背景板上,获得水稻谷粒和背景板的激光点云数据CPG1(x,y,z),x,y,z为点云的空间坐标,将放置水稻谷粒批量的背景板旋转180°,再次获得水稻谷粒和背景板的激光点云数据CPG2(x,y,z),x,y,z为点云的空间坐标);

S2.使用matlab编程对点云处理,计算谷粒表面积、谷粒投影面积和投影周长三个形态参数,处理过程如下:S2-1、取背景板BGCP(x,y,z)的中心BGCPc(x0,y0,z0),平移背景板:BGCP=BGCP-BGCPc,使得中心点BGCPc为原点,使用空间平面函数拟合背景板点云BGCP(x,y,z),求出背景板平面a×BGCPx+b×BGCPy+c×BGCPz+d=0,背景板平面法向量为n=(a,b,c),计算背景板平面与xoy平面的夹角θ=arccos(|n*n1|/(|n|*|n1|)),其中n1=(0,0,1)为xoy平面的法向量;

S2-2、谷粒点云拼接,基于EinScan-S series_v2.7.0.8自带的软件拼接谷粒点云CPG1(x,y,z)和谷粒点云CPG2(x,y,z),以消除单次扫描的空洞,拼接后的点云记为CPG;

S2-3、平移点云CPG,仍记为CPG,平移方程为:CPG=CPG-BGCPc;

S2-4、旋转点云CPG,基于背景板平面与xoy平面的夹角θ,绕X轴旋转点云CPG,使得点云CPG的基本面位于xoy平面,坐标旋转函数为旋转

后的点云坐标为CPGH(CPGHx,CPGHy,CPGHz);

S2-5、移除点云CPGH竖坐标为零的点,即除去背景板的点云;

S2-6、点云CPGH聚类,使用欧氏距离对点云CPGH聚类,聚类过程如下:记GLLmax为谷粒的最大直径,JGLmin为谷粒间的最小间距;

选取点云CPGH中的一点Pi,记点集musteri={Pi},,并从CPGH中的删除Pi;

计算Pi到CPGH中点的欧氏距离,按从小到大排序;

选取CPGH中到Pi的欧氏距离小于2GLLmax的点集PL;

从PL中选择到点集musteri距离小于JGLmin的点集,归并到musteri,并将这些点从CPGH和PL中的删除;

重复(d),指导PL中不存在到点集musteri距离小于JGLmin的点,得到一个点类,即一个谷粒的点云musteri,记为谷粒GLi,其点云个数记为Ni,横纵坐标记为(GLix,GLiy);

重复(a)-(e),直到CPGH为空集;

S2-7、计算谷粒投影面积,基于三角剖分,计算谷粒GLi在xoy平面的投影SGLTYi(SGLTYix,SGLTYiy)的面积,步骤如下:a)构造一个超级三角形,包含所有散点SGLTYi(SGLTYix,SGLTYiy),放入三角形集合GTr;

b)将点集SGLTYi中的散点依次插入,在放入三角形集合中找出外接圆包含插入点的三角形,删除影响三角形的公共边,将插入点同影响三角形的全部顶点连接起来,完成一个点在放入三角形集合中的插入;

c)根据优化准则对局部新形成的三角形优化;

将形成的三角形放入三角形集合GTr;

d)循环执行上述第2步,直到所有散点插入完毕;

e)计算谷粒的表面积 其中,GTr为谷粒

GLi在xoy平面的投影SGLTYi的三角形集合,P1(x1,y1)、P2(x2,y2)、P3(x3,y3)为三角形集合GTr中的点顶,d1,d2,d3分别为边P2P3,P1P3,P1P2的长度,p=(d1+d2+d3)/2;

S2-8、计算谷粒投影周长, 其中,Li为谷粒点云GLi的凸包,Li基于GTr求得,d(Pi,Pi+1)为Pi,Pi+1两点的距离;

S2-9、计算谷粒表面积, 其中,GTr3为

GLi的点构成的三角形集合,GTr3在xoy平面的投影即为GTr,P1(x1,y1,z1)、P2(x2,y2,z2)、P3(x3,y3,z3)为三角形集合GTr3中的点顶,d1,d2,d3分别为边P2P3,P1P3,P1P2的长度,p=(d1+d2+d3)/2。