植物三维点云修补方法研究

【摘要】：利用实测三维点云数据进行植物形态结构三维重建可精确重建出植物体的几何形态,已成为当前计算机图形学、农林信息化等研究领域应用的热点问题之一。获取到完整的数据是重建成功的基础条件,但由于植物形态复杂多样,通过三维激光扫描仪直接获取的植物点云大多存在数据缺失问题。本文根据植物点云数据缺失的特点,结合数字几何处理技术,分别开展了植物叶片边缘缺失数据修复、植物器官点云拼接与孔洞修补、植物网格模型光顺等研究,使处理得到的点云能满足植物三维重建完整性的要求,为基于实测三维点云的植物形态结构重建提供技术支持,并为数字植物的进一步研究提供精确几何模型基础。 本文工作主要集中在以下四个方面：第一,以黄瓜和玉米叶片为例,依据其形态特征,首先对扫描得到的叶片边缘缺失数据添加采样点以基本还原叶片边缘轮廓,再对采样点及原始叶片边缘数据形成的封闭区域进行三角剖分、细化及优化,实现植物点云叶片边缘缺失数据的修复；第二,设计研究玉米器官点云数据的拼接实验,利用PFH特征估计在点云几何信息描述上的优点,实现玉米器官点云的精准拼接,为修补缺失数据提供技术支持；第三,将点云拼接技术引入到植株点云数据缺失问题修补中来,实现玉米整株点云的修补；第四,采用了基于加权最小二乘原理的顶点坐标优化处理方法,对顶点坐标进行微调,解决在生成的植物网格模型中出现的不平滑等问题,得到光顺的网格模型。 本文研究的主要贡献和创新点在于： 1、改进了一种植物点云叶片边缘处理的方法,解决了植物点云中影响叶片真实感的边缘数据缺失问题；将基于FPH特征的点云拼接方法引入到植物点云数据修补中来,实现两组器官点云的拼接并用点云拼接技术对器官点云中的缺失数据修补。 2、设计对植物器官点云拼接的实验方案,利用植物器官的相似性,将点云拼接技术引入到植物器官点云的修补中来,提出了建立植物形态特征点云数据库及植物形态特征参数化数据库的概念。