一种果树枝干交互式三维重建方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种果树枝干交互式三维重建方法及系统，包括以下步骤：获取果树的三维点云，对所述三维点云进行数据预处理得到树的根部半径取值和树的枝条最小半径取值；根据接收到的用户设置数据从所述三维点云中提取树的枝干骨架线；对提取到的所述枝干骨架线进行优化处理；根据预设规则以及所述树的根部半径取值和树的枝条最小半径取值计算优化后的所述枝干骨架线中每条骨架线的半径取值；根据优化后的所述枝干骨架线以及每条骨架线的半径取值生成树木枝干的三维网格模型。本发明专利技术避免全自动的提取方法存在速度慢、误差大等缺点，从而达到通过较少的人工交互来提高速度和准确性的目的，实现树木枝干结构快速、准确的三维重建。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种果树枝干交互式三维重建方法及系统，包括以下步骤：获取果树的三维点云，对所述三维点云进行数据预处理得到树的根部半径取值和树的枝条最小半径取值；根据接收到的用户设置数据从所述三维点云中提取树的枝干骨架线；对提取到的所述枝干骨架线进行优化处理；根据预设规则以及所述树的根部半径取值和树的枝条最小半径取值计算优化后的所述枝干骨架线中每条骨架线的半径取值；根据优化后的所述枝干骨架线以及每条骨架线的半径取值生成树木枝干的三维网格模型。本专利技术避免全自动的提取方法存在速度慢、误差大等缺点，从而达到通过较少的人工交互来提高速度和准确性的目的，实现树木枝干结构快速、准确的三维重建。【专利说明】一种果树枝干交互式三维重建方法及系统
本专利技术涉及三维图形处理
，尤其涉及一种果树枝干交互式三维重建方法及系统。
技术介绍
近年来，从激光三维扫描仪获取的三维点云数据中进行树木形态结构的提取和计算分析逐渐成为农林研究的热点问题。但是，利用激光三维扫描仪对树木进行扫描获取得到的只是非结构化的离散三维点云，尚无法直接从这些三维点云中得到树木的树干半径、枝量、枝条密度、总叶面积等指标，也尚未形成树木的三维模型。因此，如何从三维点云中进行树木的三维重建是一个重要的问题。枝干是果树形态结构的重要组成部分，在果树树形塑造中起着决定性的作用。因此，树木枝干的准确提取和三维重建是实现基于实测数据的树木形态结构三维重建的关键。许多研究者围绕该问题开展了大量研究，提出了一些解决方法。但是虽然目前关于基于三维测量数据的果树枝干骨架提取方面的有了一些方法，但由于果树形态结构特有的复杂性，特别是枝叶之间的遮挡现象较为严重，这些方法在实现果树冠层枝干骨架的自动、准确提取时仍然存在不足，具体表现如下:利用现有大型三维激光扫描仪获取树木的点云数据，并进而进行树木枝干骨架的提取和三维重建。这些方法都存在一个共同的缺点:这些方法均以非果树类树木为实验对象，树帘较高，假定树干的主要枝干没有被遮挡；而一般地，果树冠层中的枝叶更加繁茂，树帘更低，从外部看，大部分枝条都存在被遮挡的情况，导致在三维激光扫描仪获取的三维点云中，枝干信息缺失严重，因此以上这些方法用来进行果树三维点云的枝干骨架提取时，将难以得到较好的结果。而基于多尺度测量数据的果树形态结构三维重建方法在进行果树枝干骨架提取时，没有对三维点云进行分割，因此需要在整株果树的三维点云数据中进行提取，算法的处理速度较慢，同时由于冠层树叶遮挡造成的数据缺失严重，提取到的枝条骨架的准确性也将受影响；而且该方法在提取果树枝干骨架时，仅提取主要枝干的骨架，而幼枝是后期通过该类果树幼枝的冠层空间分布模型增加的，因此也降低了最终重建的果树三维模型的准确性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是由于果树形态结构特有的复杂性，特别是枝叶之间的遮挡现象较为严重，从而导致现有技术在实现果树冠层枝干骨架提取时在处理速度和准确性方面存在不足的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种果树枝干交互式三维重建方法，包括以下步骤:获取果树的三维点云，对所述三维点云进行数据预处理得到树的根部半径取值和树的枝条最小半径取值；根据接收到的用户设置数据从所述三维点云中提取树的枝干骨架线；对提取到的所述枝干骨架线进行优化处理；根据预设规则以及所述树的根部半径取值和树的枝条最小半径取值计算优化后的所述枝干骨架线中每条骨架线的半径取值；根据优化后的所述枝干骨架线以及每条骨架线的半径取值生成树木枝干的三维网格模型。优选地，所述方法还包括对所述三维点云中的树的枝条数据进行分类，其中与树干直接连接的枝条为一级枝条，与所述一级枝条直接连接的枝条为二级枝条。优选地，所述对所述三维点云进行数据预处理得到三维模型中树的根部半径取值和树的枝条最小半径取值，具体包括:选取所述三维点云中位于树根部位置的一个点V ；在所述三维点云中找出所有与点V直线距离不大于20厘米、且其z坐标值与点V的z坐标值之差的绝对值不大于I厘米的点，并将这些点加入数据集W中；计算数据集Dr的中心点坐标Vto以及所述中心点坐标Vto与数据集Dr中所有数据点的平均距离，所述平均距离即为树的根部半径取值；接收用户的最小半径取值设置数据，根据所述设置数据设置枝条最小半径取值。优选地，所述根据接收到的用户设置数据从所述三维点云中提取树的枝干骨架线，具体包括:接收用户的用户设置数据；根据接收到的用户设置数据在所述三维点云中提取树干的骨架线；根据接收到的用户设置数据在所述三维点云中提取枝条的骨架线，所述枝条包括一级枝条和二级枝条。优选地，所述根据接收到的用户设置数据在所述三维点云中提取树干的骨架线，具体包括:根据接收到的用户设置数据在所述三维点云中选取代表树干根部的数据点和代表树干顶部的数据点；所述代表树干根部的数据点和代表树干顶部的数据点从所述三维点云中回溯计算树干的骨架线。优选地，所述根据预设规则以及所述根部半径取值和树的枝条最小半径取值计算优化后的所述枝干骨架线中每条骨架线的半径取值，具体包括:所述根据预设规则以及所述树的枝条最小半径取值计算优化后的所述枝干骨架线中二级枝条的底部半径取值和顶部半径取值；所述根据预设规则以及所述树的枝条最小半径取值计算优化后的所述枝干骨架线中一级枝条的底部半径取值和顶部半径取值；根据预设规则以及所述根部半径取值和树的枝条最小半径取值计算优化后的所述枝干骨架线中树干的底部半径取值和顶部半径取值。优选地，所述根据优化后的所述枝干骨架线以及每条骨架线的半径取值生成树木枝干的三维网格模型，具体为:根据优化后的所述枝干骨架线以及每条骨架线的半径取值采用隐式曲面进行网格化生成树木枝干的三维网格模型。此外，本专利技术还提出了一种果树枝干交互式三维重建系统，该系统包括:获取和预处理模块，用于获取树的三维点云，对所述三维点云进行数据预处理得到树的根部半径取值和树的枝条最小半径取值；提取模块，用于根据接收到的用户设置数据从所述三维点云中提取树的枝干骨架线.-^4 ，优化处理模块，用于对提取到的所述枝干骨架线进行优化处理；半径计算模块，用于根据预设规则以及所述树的根部半径取值和树的枝条最小半径取值计算优化后的所述枝干骨架线中每条骨架线的半径取值；生成模块，用于根据优化后的所述枝干骨架线以及每条骨架线的半径取值生成树木枝干的三维网格模型。优选地，所述系统还包括枝条分类模块；枝条分类模块，用于对所述三维点云中的树的枝条数据进行分类，其中与树干直接连接的枝条为一级枝条，与所述一级枝条直接连接的枝条为二级枝条。通过采用本专利技术所公开的一种果树枝干交互式三维重建方法及系统，用户通过用户设置数据在树的三维点云数据中选取表明枝条大致方向的起点和终点位置，然后利用算法自动从三维点云中回溯提取出枝条的骨架线，以避免全自动的提取方法存在的需要反复从整个三维点云数据集中进行搜索所带来的速度慢、误差大等缺点，从而达到通过较少的人工交互来提高速度和准确性的目的。【专利附图】【附图说明】`为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种果树枝干交互式三维重建方法，其特征在于，包括以下步骤：获取果树的三维点云，对所述三维点云进行数据预处理得到树的根部半径取值和树的枝条最小半径取值；根据接收到的用户设置数据从所述三维点云中提取树的枝干骨架线；对提取到的所述枝干骨架线进行优化处理；根据预设规则以及所述树的根部半径取值和树的枝条最小半径取值计算优化后的所述枝干骨架线中每条骨架线的半径取值；根据优化后的所述枝干骨架线以及每条骨架线的半径取值生成树木枝干的三维网格模型。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陆声链，郭新宇，温维亮，肖伯祥，王传宇，
申请(专利权)人：北京农业信息技术研究中心，
类型：发明
国别省市：