利用定轴旋转轮廓图重建马铃薯三维表面的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种利用定轴旋转轮廓图重建马铃薯三维表面的方法和装置。通过相机采集马铃薯样本的侧面图像，通过图像处理获取马铃薯样本三维骨架数据，由马铃薯样本三维骨架数据进一步处理形成马铃薯样本模型表面的曲面，从而完成三维表面的重建；装置包括环形光源、相机、旋转台控制器和电动旋转台，马铃薯样本安装在电动旋转台的输出轴上，电动旋转台与旋转台控制器连接，相机朝向正下方拍摄马铃薯样本的侧面图像，旋转台控制器和相机均通过电缆与计算机相连接，马铃薯样本和相机之间安装有环形光源。本发明专利技术采用马铃薯绕固定轴旋转时采集的多幅轮廓图来重建其三维表面，可提高马铃薯形状检测的准确度，且检测设备简洁。

Method and apparatus for reconstructing three-dimensional surface of potato using fixed axis rotating contour map

The invention discloses a method and a device for reconstructing a three-dimensional surface of Potato by using a fixed axis rotary contour map. The side through the camera image acquisition of potato samples, through image processing to obtain the sample data from the skeleton of potato, potato samples skeleton data for further processing of potato samples formation of surface model surface, so as to complete 3D surface reconstruction; apparatus includes an annular light source, camera, rotation stage controller and electric rotary table, the output shaft is installed in the electric potato samples rotary table, electric rotary table and a rotary table controller is connected, just below the camera toward the side image shooting potato samples, the rotation stage controller and the camera are connected with the computer through a cable, a ring light source is arranged between the sample and the camera of potato. The invention adopts a plurality of contour maps which are collected by the potato when rotating around a fixed shaft to reconstruct the three-dimensional surface, which can improve the accuracy of the potato shape detection, and the detection equipment is simple.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种重建三维表面的方法和装置，尤其是涉及了一种利用定轴旋转轮廓图重建马铃薯三维表面的方法和装置。
技术介绍
薯形是《中国农业标准马铃薯等级规格(NY/T1066-2006)》的分级标准所规定的分级指标之一。为了采用机器视觉技术进行马铃薯的薯形检测，国内外学者进行了大量的研究。傅里叶描述子方法：Tao Y等(Tao Y.,Morrow C L Heinemann P H,et a1.Fourier-based separation technique for shape grading of potatoes using machine vision[J].Transactions of the ASAE，1 995，38(3):949-957)提出了利用傅里叶描述子来检测及对马铃薯分类的机器视觉方法。从归一化后的边界和傅里叶变换中提取并压缩形状信息，前十个傅里叶系数包含了马铃薯形状的大部分信息。基于马铃薯形状分类的谐波转换定义出分类器S，实验结果显示对120个马铃薯样本的准确率达到89％。Paul H.Heinemann等(Paul H.Heinemann,Niran本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用定轴旋转轮廓图重建马铃薯三维表面的方法，其特征在于：1)通过相机采集马铃薯样本的侧面图像；2)通过图像处理获取马铃薯样本三维骨架数据；3)由马铃薯样本三维骨架数据进一步处理形成马铃薯样本模型表面的曲面，从而完成三维表面的重建。

【技术特征摘要】
1.一种利用定轴旋转轮廓图重建马铃薯三维表面的方法，其特征在于：1)通过相机采集马铃薯样本的侧面图像；2)通过图像处理获取马铃薯样本三维骨架数据；3)由马铃薯样本三维骨架数据进一步处理形成马铃薯样本模型表面的曲面，从而完成三维表面的重建。2.根据权利要求1所述的一种利用定轴旋转轮廓图重建马铃薯三维表面的方法，其特征在于：所述侧面图像包括绕马铃薯纵径长轴旋转一周范围内均匀间隔采样的多张外侧面图像。3.根据权利要求1所述的一种利用定轴旋转轮廓图重建马铃薯三维表面的方法，其特征在于：所述侧面图像为从垂直于马铃薯纵径长轴方向拍摄的图像。4.根据权利要求1所述的一种利用定轴旋转轮廓图重建马铃薯三维表面的方法，其特征在于：所述步骤2)具体为：2.1)采用Canny边缘检测算子分别对N张马铃薯侧面图像进行边缘检测处理，检测得到每张图像中的马铃薯轮廓，获得N张马铃薯样本的轮廓图；2.2)针对每张轮廓图将其中所有轮廓点的坐标形成一个二维数组T，轮廓点的坐标作为二维数组T的元素，从而获得N张轮廓图对应的N张二维数组T；2.3)对于每张轮廓图，计算其轮廓最小外接矩形，取最小外接矩形的任一短边的两端点，利用该两端点坐标旋转图像中的马铃薯轮廓，使得马铃薯纵径长轴和图像的垂直方向相平行，然后以此更新二维数组T中轮廓点的坐标数据；2.4)将各个二维数组T转化为三维数组D，以三维数组D作为马铃薯样本三维骨架数据。5.根据权利要求1所述的一种利用定轴旋转轮廓图重建马铃薯三维表面的方法，其特征在于：所述步骤2.3)中是利用该两端点坐标采用以下公式计算获得旋转角度的余弦，进而旋转图像中的马铃薯轮廓： m x = y L - y R ( x L - x R ) 2 + ( y L - y R ) 2 ]]> m y = x L - x R ( x L - x R ) 2 + ( y L - y R ) 2 ]]>式中，mx、my分别表示马铃薯转动轴相对于X轴、Y轴的方向余弦，(xL，yL)和(xR，yR)是马铃薯轮廓最小外接矩形的短边的两端点，xL、yL是其中一端点的横纵坐标，xR、yR是另一端点的横纵坐标。6.根据权利要求1所述的一种利用定轴旋转轮廓图重建马铃薯三维表面的方法，其特征在于：所述步骤2.4)具体为：对于采集的第一张马铃薯侧面图像，其对应的二维数组T中每个轮廓点坐标采用以下公式处理，将平面坐标转化为三维坐标，获得三维数组D中的各个三维数据； x 0 ′ = x 0 y 0 ′ = y 0 z 0 ′ = 0 ]]>式中，(x0，y0)为第一张马铃薯侧面图像对应的二维数组T，x0、y0分别表示第一张马铃薯侧面图像中轮廓点的横纵坐标，(x′0，y′0，z′0)为第一张马铃薯侧面图像对应的三维数组D，x′0、y′0、z′0为第一张马铃薯侧面图中轮廓点的三维坐标；对于采集的第二张及以后的马铃薯侧面图像，其对应的二维数组T中每个轮廓点坐标采用以下公式处理，将平面坐标转化为三维坐标，获得三维数组D中的各个三维数据； x n ′ = x n [ m x 2 ( 1 - cos ...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶秀勤，杨耀民，应义斌，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33