《基於真彩色圖像的活立木三維重建方法》是依託北京林業大學，由闞江明擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於真彩色圖像的活立木三維重建方法
- 依託單位：北京林業大學
- 項目負責人：闞江明
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
林業自主作業機器人作業環境中光照不均勻造成其視覺系統中基於灰度圖象的活立木三維重建準確性差，給林業機器人在林區自主作業時的避障和活立木三維測量帶來了困難。針對這一問題，本申請嘗試從林業作業環境的真彩色圖像入手，先探索RGB顏色信息空間與活立木圖像中特徵基元(包括特徵點、特徵曲線和特徵曲線)的二維坐標平面之間的對應關係，再在RGB顏色信息空間中討論特徵基元二維坐標平面與活立木三維坐標空間的對應關係，從而建立一種全新的基於真彩色圖像的活立木三維重建數學模型，消除光照不均勻對活立木三維重建精度的影響，以此提高活立木三維重建的準確性。基於真彩色圖像的活立木三維重建方法對林業機器人避障和活立木三維測量等關鍵技術的研究有重要意義，為自主林業機器人視覺系統研究奠定基礎；並拓寬了三維重建的研究思路，發展了計算機視覺中基於灰度圖像三維重建理論。
結題摘要
自主作業林業機器人在林區避障和對活立木三維測量是自主作業林業機器人的重要功能，然而林區作業環境中光照條件的不可控，光照條件對基於灰度圖像的活立木三維重建精度影響很大。申請人在前期研究發現活立木圖像的顏色信息對光照條件不敏感，並提出了基於真彩色圖像的活立木三維重建方法的研究課題，並獲得了國家自然科學青年基金的資助。項目組在自主研製的林業機器人實驗平台的基礎上，對真彩色圖像分割、真彩色圖像特徵點提取、基於顏色信息的立體匹配、基本矩陣估計、相機標定和活立木三維重建方法等內容進行了較為深入的研究。 （1）自主研製了一套四輪驅動的林業機器人實驗平台，採用底層驅動、數據處理和控制決策三層立體結構，加裝了導航定位、雷射測量、雙目視覺等多種感測器，可在林區複雜地形條下靈活可靠地運動，具備智慧型決策和環境建模的能力，為項目的研究提供了實驗條件。 （2）探索了不同顏色空間下彩色圖像的分割問題，發現在HIS顏色空間下利用S和I分量進行數學或運算，能夠較好地去掉天空的干擾；在LAB顏色空間下對圖像噪聲消除效果比較好，提出了一種基於HSI和LAB顏色空間的彩色圖像分割方法，有效地解決真彩色圖像的噪聲消除和圖像分割問題。 （3）分析了描述物體光譜輻射特性的Kubelka-Munk的理論，建立了RGB顏色空間下真彩色圖像顏色不變數模型，在此基礎上確定了活立木真彩色圖像特徵點二維位置與RGB三維顏色空間的幾何關係，解決了不同光照條件下真彩色圖像特徵點提取問題。 （4）分析了顏色信息相似性測度問題，確定了基於ZNCC的真彩色圖像的相似性測度框架公式，該框架支持9種顏色空間，在此基礎上根據立體視覺成像過程中存在的仿射變換和極線幾何約束，同時考慮顏色信息和灰度值的約束關係，提出了一種基於多約束的圖像精確匹配方法，匹配效率達到了99.87%。 （5）在基本矩陣估計和相機標定的基礎上，建立基於真彩色圖像的活立木三維重建方法，基於真彩色圖像的活立木三維重建的平均相對誤差為0.71%，表明基於真彩色三維重建精度高於基於灰度圖像三維重建精度，拓展了基於灰度圖像三維重建理論，為自主作業林業機器人視覺系統的研究奠定了基礎。 （6）研究發現林業機器人在行走過程中會發生滑動，這些滑動會造成圖像模糊和特徵點匹配失效，從而影響活立木三維重建精度；同時基於真彩色圖像的三維重建方法處理速度相對較慢，有待於進一步研究。
