基于球坐标的植物果实点云重建方法技术

本发明专利技术提供了一种基于球坐标的植物果实点云重建方法，包括如下步骤：步骤1，基于三维果实原始点云数据，将点云直角坐标转为球坐标；步骤2，利用统计排序滤波法的中值滤波对点云数据的噪点进行过滤；步骤3，基于扁球体中心轴及长球体中心轴旋转到平行于正投影面时的特征，计算扁球体中心轴的经纬度及长球体中心轴的经纬度；步骤4，基于扁球体中心轴的经纬度及长球体中心轴的经纬度，采用B样条曲面对果实进行重建。本发明专利技术计算效率高，去噪效果好，可以应用到类似球形的植物果实重建。

【技术实现步骤摘要】
基于球坐标的植物果实点云重建方法
本专利技术属于物体重建
，具体涉及一种基于球坐标的植物果实点云重建方法。
技术介绍
基于三维点云的物体重建方法具有重建精度高的特点，但点云数据的空间关系的处理计算量大，效率低。目前，基于点云的植物果实的造型方法大都采用通用的点云处理方式，没有针对果实形状的特点进行处理。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于球坐标的植物果实点云重建方法，针对植物果实点云特点，可较快速和精确地简并原始点云，高效地重建植物果实。本专利技术的实施例提供了一种基于球坐标的植物果实点云重建方法，包括如下步骤：步骤1，基于三维果实原始点云数据，将点云直角坐标转为球坐标；步骤2，利用统计排序滤波法的中值滤波对点云数据的噪点进行过滤；步骤3，基于扁球体中心轴及长球体中心轴旋转到平行于正投影面时的特征，计算扁球体中心轴的经纬度及长球体中心轴的经纬度；步骤4，基于扁球体中心轴的经纬度及长球体中心轴的经纬度，采用B样条曲面对果实进行重建。进一步地，步骤1包括：将获取的点云数据存入单链表中；计算点云的中心点坐标，将点云中心平移到直角坐标原点后，重新计算点云坐标存入单链表中；将点云直角坐标转为球坐标值。进一步地，步骤3包括：计算经点线的中心点及包围圆；计算经线与圆形的差异程度c；对于一个果实，设纬度相差180°的两个经点线间最小宽度wmin对应c为cmin,经线间最大宽度wmax对应c为cmax；当cmin>cmax时，该果实为扁球体,wmin对应的纬度为中心轴的纬度φ；当cmin<cmax时，该果实为长球体,wmax对应的纬度为中心轴的纬度φ；当wmin＝wmax时，中心轴在垂直方向，经线高度h>wmin时，该果实为长球体；h<wmin时，为扁球体；h＝wmin时为圆球体。进一步地，步骤3还包括：将经点线宽度最大时对应的两个经点线在该平面绕中心点旋转到经点线宽度最小时的经度确定为长球体中心轴的初始经度θ0；将初始经度θ0设为0°，重新计算纬度b＝φ,φ+180的经度点的经度；在同一个纬度上，对相邻的5个经度点进行平滑；计算长球体经点线的包围圆，计算圆形差异程度c，计算每个非空经度点与包围圆的距离dab；分别在b＝φ和b＝φ+180纬度中获取dab>c的经度点，用最小二乘法寻找与直线的水平距离最小的两个拟合直线的平均斜率k；基于斜率k计算△θ，长球体中心轴的经度θ＝θ0+△θ。进一步地，步骤3还包括：将经点线宽度最小时对应的两个经点线在该平面绕中心点旋转到经点线宽度最大时的经度确定为扁球体中心轴的初始经度θ0；将初始经度θ0设为0°，重新计算纬度b＝φ,φ+180的经度点的经度；在同一个纬度上，对相邻的5个经度点进行平滑；计算扁球体经点线的包围圆，计算圆形差异程度c，计算每个非空经度点与包围圆的距离dab；分别在b＝φ和b＝φ+180纬度且在经度0°≤a≤45°和135°≤a≤180°范围内，获取dab>c非空经度点，用最小二乘法寻找与直线的垂直距离最小的两个拟合直线旋转90°的平均斜率k；基于斜率k计算△θ，扁球体中心轴的经度θ＝θ0+△θ。进一步地，步骤4包括：对原始点云数据进行点云旋转变换及去噪处理；根据空点邻域经纬度范围内非空点的坐标填充空点；采用均值滤波进一步去噪；采用均匀周期2次B样条曲面进行果实重建；对B样条曲面的每个小面片的边界进行处理，使B样条曲面封闭。与现有技术相比本专利技术的有益效果是：本专利技术计算效率高，去噪效果好，可以应用到类似球形的植物果实重建。附图说明图1是本专利技术使用三个类似球体的原始果实点云数据的正投影图；图2是三个果实纬度b为0度和180度的点云图；图3是R[a][b]的邻接表；图4是R[a][b]的滤波结果邻接表；图5是图1中果实去噪后的点云；图6是图2简并后的经点线图；图7是球体不同旋转角度的形状；图8是不同果实不同纬度经点线旋转后的正投影图；图9是三个果实的经点线最大与最小宽度及纬度；图10是经点线最小包围圆及圆形差异程度；图11是扁球体经点线顺时针绕中心点旋转；图12是长球体经点线顺时针绕中心点旋转；图13是果实中心轴的初始经度；图14是长球体中心轴经度计算过程；图15是扁球体中心轴经度计算过程；图16是中心轴在垂直方向时的果实点云；图17是去噪后果实点云正投影图；图18是纬线为0°和180°的点云正投影图；图19是纬线为0°和180°填充点后点云正投影图；图20是纬线为0°和180°简并后点云正投影图；图21是纬线为0°和180°滤波后点云正投影图；图22是植物果实的网格图；图23是B样条小面片；图24是不封闭的苹果；图25是三个果实不同角度的重建图。具体实施方式下面结合附图所示的各实施方式对本专利技术进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本专利技术的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本专利技术的保护范围之内。本实施例提供了一种基于球坐标的植物果实点云重建方法，包括如下步骤：步骤1，基于三维果实原始点云数据，将点云直角坐标转为球坐标；步骤2，利用统计排序滤波法的中值滤波对点云数据的噪点进行过滤；步骤3，基于扁球体中心轴及长球体中心轴旋转到平行于正投影面时的特征，计算扁球体中心轴的经纬度及长球体中心轴的经纬度；步骤4，基于扁球体中心轴的经纬度及长球体中心轴的经纬度，采用B样条曲面对果实进行重建。该基于球坐标的植物果实点云重建方法计算效率高，去噪效果好，可以应用到类似球形的植物果实重建。在本实施例中，步骤1包括：将获取的点云数据存入单链表中；计算点云的中心点坐标，将点云中心平移到直角坐标原点后，重新计算点云坐标存入单链表中；将点云直角坐标转为球坐标值。在本实施例中，步骤3包括：计算经点线的中心点及包围圆；计算经线与圆形的差异程度c；对于一个果实，设纬度相差180°的两个经点线间最小宽度wmin对应c为cmin,经线间最大宽度wmax对应c为cmax；当cmin>cmax时，该果实为扁球体,wmin对应的纬度为中心轴的纬度φ；当cmin<cmax时，该果实为长球体,wmax对应的纬度为中心轴的纬度φ；当wmin＝wmax时，中心轴在垂直方向，经线高度h>wmin时，该果实为长球体h<wmin时，为扁球体；h＝wmin时为圆球体。在本实施例中，步骤3还包括：将经点线宽度最大时对应的两个经点线在该平面绕中心点旋转到经点线宽度最小时的经度确定为长球体中心轴的初始经度θ0；将初始经度θ0设为0°，重新计算纬度b＝φ,φ+180的经度点的经度；在同一个纬度上，对相邻的5个经度点进行平滑；计算长球体经点线的包围圆，计算圆形差异程度c，计算每个非空经度点与包围圆的距离dab；分别在b＝φ和b＝φ+180纬度中获取dab>c的经度点，用最小二乘法寻找与直线的水平距离最小的两个拟合直线的平均斜率k；基于斜率k计算△θ，长球体中心轴的经度θ＝θ0+△θ。在本实施例中，步骤3还包括：将经点线宽度最小时对应的两个经点线在该平面绕中心点旋转到经点线宽度最大时的经度确定为扁球体中心轴的初始经度θ0；将初始经度θ0设为0°，重新计算纬度b＝φ,φ+180的经度点的经度；在同一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于球坐标的植物果实点云重建方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，基于三维果实原始点云数据，将点云直角坐标转为球坐标；步骤2，利用统计排序滤波法的中值滤波对点云数据的噪点进行过滤；步骤3，基于扁球体中心轴及长球体中心轴旋转到平行于正投影面时的特征，计算扁球体中心轴的经纬度及长球体中心轴的经纬度；步骤4，基于扁球体中心轴的经纬度及长球体中心轴的经纬度，采用B样条曲面对果实进行重建。

【技术特征摘要】
1.一种基于球坐标的植物果实点云重建方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，基于三维果实原始点云数据，将点云直角坐标转为球坐标；步骤2，利用统计排序滤波法的中值滤波对点云数据的噪点进行过滤；步骤3，基于扁球体中心轴及长球体中心轴旋转到平行于正投影面时的特征，计算扁球体中心轴的经纬度及长球体中心轴的经纬度；步骤4，基于扁球体中心轴的经纬度及长球体中心轴的经纬度，采用B样条曲面对果实进行重建。2.根据权利要求1所述的一种基于球坐标的植物果实点云重建方法，其特征在于，所述步骤1包括：将获取的点云数据存入单链表中；计算点云的中心点坐标，将点云中心平移到直角坐标原点后，重新计算点云坐标存入单链表中；将点云直角坐标转为球坐标值。3.根据权利要求2所述的一种基于球坐标的植物果实点云重建方法，其特征在于，所述步骤3包括：计算经点线的中心点及包围圆；计算经线与圆形的差异程度c；对于一个果实，设纬度相差180°的两个经点线间最小宽度wmin对应c为cmin,经线间最大宽度wmax对应c为cmax；当cmin>cmax时，该果实为扁球体,wmin对应的纬度为中心轴的纬度φ；当cmin<cmax时，该果实为长球体,wmax对应的纬度为中心轴的纬度φ；当wmin＝wmax时，中心轴在垂直方向，经点线高度h>wmin时，该果实为长球体；h<wmin时，为扁球体；h＝wmin时为圆球体。4.根据权利要求3所述的一种基于球坐标的植物果实点云重建方法，其特征在于，所述步骤3还包括：将经点线宽度最大时对应的两个经点线在该平面绕中心点旋转到经点线宽度最小时的经度...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆玲，王志畅，李丽华，王蕾，姚玲洁，
申请(专利权)人：东华理工大学，
类型：发明
国别省市：江西,36