基于局部点云的苹果外形指标估测方法

摘要

为了获取果实生长期的外形参数指标,监控果实发育状况,提出了一种基于局部点云的苹果外形指标估测方法.该方法可以通过局部点云数据估测苹果的体积、高度、直径等外形指标参数.利用椭球曲面方程构建苹果几何模型,并计算苹果几何模型的高度、直径、体积.使用Kinect V2相机从任意角度获取点云数据,采用直通滤波法去除点云数据的背景,用包围盒算法精简点云得到苹果局部点云数据后,采用粒子群算法将苹果局部点云数据与苹果模型进行空间匹配,并用遗传算法求解苹果最优匹配模型的参数,利用苹果最优匹配模型参数估测与其匹配的真实苹果的外形指标.实验采集了250个苹果顶部、侧面和底部的局部点云数据,使用本文方法分别估测了250个苹果在3个角度下的外形指标,并对估测值与真实值进行线性回归分析,各个指标的线性回归拟合度R2均高于0.7.其中,侧面拍摄时拟合效果最好,R2最高为0.948.在各个角度下苹果体积估测的平均误差不大于16.16 mL,高度估测的平均误差不大于2.92 mm,直径估测的平均误差不大于2.35 mm,估测结果的平均误差较小,在允许误差范围内.实验结果表明,基于局部点云的苹果外形指标估测方法具有较强的实用性.