基于机器视觉的柑橘三维重建技术研究与实现.pdf

摘要

摘要

柑橘是我国重要的经济农作物，是我国种植面积最大、产量最高和消费量最大的

水果，柑橘品种多样，商品化深加工过程各不相同，柑橘的传统加工过程中多依赖人

工和机械方式对柑橘果实进行分类分级，这种方式不仅效率较低同时还存在误判的问

题。当前，三维重建技术在农业领域得到了广泛的应用，柑橘果实的三维模型能够有

效的提供柑橘表面数据，这些数据不仅能够应用在加工过程中的分类分级中，而且还

在加工技术改进和品种改良方面具有重要意义，有助于推动柑橘产业的科技创新。因

此，本文基于机器视觉研究了三维重建技术在柑橘果实上的实现，主要研究内容如下：

根据双目视觉相机的标定的基本原理，将多视角位置的相机两两进行组合标定，

完成对多视角位置的相机进行标定。对SIFT特征提取与匹配算法进行改进并提取大

量二维图像数据，结合相机内外参数还原出柑橘三维模型的稀疏点云数据，应用光束

平差法原理优化摄影机参数和三维点的位置，采用基于面片的稠密点云技术将稀疏点

云处理为稠密点云，重建模型表面数据并将图像中的纹理数据投影到模型表面获得可

视化三维模型。

针对图像数据特征提取与匹配过程中运算压力大的问题，在SIFT特征与匹配算

法中融入主成分分析法（PCA）的思想改进特征提取与匹配过程，将传统算法中的

128特征描述子降低到64维，降低了重建过程中的数据运算量，提高了重建的效率，

通过对比算法改进前后的可重复率、特征描述耗时、特征匹配耗时等数据，确定了改

进算法在三维重建过程中的有效性，并得出了随着运算数据的增多，效率提升越明显

的结论。

总之，本文基于机器视觉技术，依靠一系列的柑橘二维图像作为输入，成功地还

原出柑橘三维模型，通过对图像数据的特征提取与匹配数据分析，证明了改进算法在

整体三维重建过程中的可行性，通过对三维模型的评价，证明了该重建过程对三维模

型的可行性。

关键词：柑橘；相机标定；特征匹配；三维重建

I

Abstract

Abstract

CitrusisanimportanteconomiccropsinChina,isthelargestplantingarea,the

highestyieldandconsumptionoffruit,citrusvarieties,commercializationprocessing

process,citrustraditionalprocessingmoredependentonartificialandmechanicalwayof

citrusfruitclassification,thiswaynotonlylowefficiencybutalsohastheproblemof

misjudgment.Atpresent,3dreconstructiontechnologyhasbeenwidelyusedinthefield

ofagriculture,citrusfruit3dmodelcaneffectivelyprovidecitrussurfacedata,thesedata

cannotonlybeappliedintheprocessofclassification,butalsoinprocessingtechnology

improvementandvarietyimprovementisofgreatsignificance,helptopromote

technologicalinnovationofcitrusindustry.Therefore,thispaperstudiestherealizationof3

Dreconstruct