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专利号: 2022104122888
申请人: 华南农业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种牲畜体积计算方法,其特征在于:所述的方法包括步骤如下:S1:获取第一牲畜体表点云;

S2:通过重构隐式指示函数建立第一牲畜体表点云的曲面函数;

S3:根据曲面函数将第一畜体表点云分解为多个四面体;

S4:根据顶点坐标计算每个四面体的体积,对所有四面体的体积求和,得到牲畜点云总体积。

2.根据权利要求1所述的牲畜体积计算方法,其特征在于:在步骤S1之前,通过三台相机分别获取三片不同部分的牲畜点云,经配准合并得到原始牲畜表面点云;

通过对原始牲畜表面点云进行数据预处理,得到预处理后的第一牲畜体表点云。

3.根据权利要求2所述的牲畜体积计算方法,其特征在于:所述的预处理包括依次对原始牲畜表面点云进行背景去除、点云平滑。

4.根据权利要求3所述的牲畜体积计算方法,其特征在于:对原始牲畜表面点云进行背景去除,具体如下:先建立点云搜索树存储牲畜表面点云和背景点云,轮流选择x、y、z轴作为分割面,将非叶子节点分割成两个空间,在x、y、z轴上,小于节点数值的点均位于左子树,大于节点数值的点均位于右子树;

遍历原始点云搜索树的所有点,设定误差区间值为e,若原始点云搜索树中的点P(x1,y1,z1)与背景点云中某一点Q(x2,y2,z2),满足关系:则认为点P属于背景点云,从原始牲畜表面点云中删除,反之则保留。

5.根据权利要求4所述的牲畜体积计算方法,其特征在于:对原始牲畜表面点云进行点云平滑,具体如下:通过移动最小二乘法拟合点云进行点云平滑,所述的点云平滑即对牲畜表面散乱、漂浮的点云通过拟合函数拟合为光滑的曲面;对于点云中某个点node的拟合函数unode(x)定义为:其中,x为采样点,xnode为点node的空间坐标,k为node临近采样点数目,pj(x)是一组基函数,aj为需要求解的点node附近拟合函数的一组系数,m为拟合函数所需系数的数目;

为了使点node附近采样点取值与拟合函数在采样点取值之间差的加权平方和最小,建立最优化模型J:其中,xb为点node的邻近采样点;ub是邻近采样点的取值;w(x)为权函数,当x越小时,权值w(x)越大,反之w(x)越小;

令pi(x)为pj(x)中第i个基函数,对J求导:时,J取得最小值,整理得:

解出式(5)方程组,得到在点node上的一组拟合系数aj,建立出点node附近的拟合函数unode(x),将xnode代入拟合函数unode(x)得到经过拟合函数重构的点云空间坐标unode(xnode),从而获得预处理后的第一牲畜表面点云集合G。

6.根据权利要求1所述的牲畜体积计算方法,其特征在于:步骤S2,通过隐式函数建立第一牲畜体表点云的曲面函数,具体如下:S301:首先通过点云k个邻近点估计点云法向量,每个邻近点的向量与所求点的法向量点乘为0,构造最小化目标函数:其中, n为所求的点云法向量,进一步推导得新的目标函数:T

令S=(YY),S是维数为3的协方差矩阵,Y为yi组成的向量;则新的最小化目标函数为用拉格朗日算法进行求解:其中,为拉格朗日算子,λ为拉式乘子;然后对n和λ分别求偏导:T

令 得Sn=λn,n n=1,即λ是矩阵S的特征值,法向量n是对应特征向量;

因此求法向量n即是对S进行向量分解,取特征值最小的特征向量作为求解的法向量;用SVD对S进行分解,定义矩阵S的SVD分解为:T

S=UΣV                        (8)T

其中,U和V均为正交矩阵,U最后一列是特征值最小的特征向量,也就是所要求解的法向量n;

S302:把重构点云曲面函数的问题转换为重构隐式指示函数δ,构建重构隐式指示函数δ需要满足以下条件:其中,M为点云曲面;

由散度定理可得平滑过的指示函数的梯度场等于平滑过的表面法向量场,可得公式:其中,F为高斯滤波函数,p为第一牲畜表面点云集合G上某一点,n(x)为采样点x在曲面上的法向量;

将上述等式右边的向量场定义为 由于 往往不可以积分,因此只能求解其最小二乘近似,得:其中,Δ为拉普拉斯算子, 的解用拉普拉斯矩阵迭代求出,得到指示函数δ,δ即为点云曲面函数。

7.根据权利要求6所述的牲畜体积计算方法,其特征在于:步骤S3,根据曲面函数将第一畜体表点云分解为多个四面体,具体如下:首先,求取δ在第一牲畜表面点云集合G所有点的平均值R:在空间上按照间隔ε进行采样,每一个采样点按照隐式指示函数有相应的δ(x)值;将每个采样点与其邻近的7个点组成一个立方体栅格,根据平均值R对每一个立方体栅格进行线性插值获得一个三角面;

设三角面的三个顶点为Pi,i=1,2,3;P`、P``为顶点所在边的两个端点,V1、V2代表这两个端点的值,顶点Pi的计算公式如下:最后将P1、P2、P3与原点O构成一个四面体P1 P2 P3O。

8.根据权利要求7所述的牲畜体积计算方法,其特征在于:S4:根据顶点坐标计算每个四面体的体积,对所有四面体的体积求和,得到牲畜点云总体积,具体如下:设三角面三个顶点的坐标为P1(x3,y3,z3)、P2(x4,y4,z5)、P3(x5,y5,z5),设V1(x4‑x3,y4‑y3,z4‑z3)、V2(x5‑x3,y5‑y3,z5‑z3),则面P1 P2 P3法向量 为:那么单个四面体的体积 求取公式如下:

设三角网络模型共有n个三角面,则点云总体积Vtotal公式为:式中,Vi表示第i个单个四面体的体积。

9.一种计算机系统,包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于:所述的处理器执行所述的计算机程序时,实现如权利要求1~8任一项所述的方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于:所述的计算机程序被处理器执行时,实现如权利要求1~8任一项所述的方法的步骤。