面向植物三维重构的图像采集平台设计开题报告

1. 研究目的与意义

传统的植物模拟，更多的是针对植物外观形态上的模拟，更加注重视觉上的逼真，研究使用最少的植物学知识，方便快捷的生成植物图形，这样的模型不需要大量的植物生长机理数据，所以很难对现实植物的生长提供准确的指导。而通过真实植物的二维图像进行三维重建，可以将植物的形态细节，生理细节同时表达出来，实现植物实体形态和模型植物生理生态相结合，更能准确的计算植物当前生理活动状态，更加的具有现实参考意义，更能准确的计算植物当前生理活动状态，并且根据植物的外部环境，模拟出植物新的几何形态。这样，就将植物形态结构与环境信息更好的结合起来，实现精确地植物模拟。

植物的三维重构是农业领域创新的一个重要体现，可以用来解决作物生长信息采集、产量预估、优选育种、生长状态评估等多方面的问题，可以广泛的促进农林业现代化的推广和普及。因此，植物三维重构系统的开发研究具有重大的科研，应用和经济价值。

2. 国内外研究现状分析

三维重构建模技术由于其广泛的应用，国内外许多学者对此进行了大量的研究。目前，三维重构建模大致可分为两大类：动态重构和静态重构。

动态重构主要是通过三维扫描设备（如激光扫描仪）对真实的物体进行直接扫描，直接获取物体的空间信息，重构出物体的三维模型。由于其对物体直接进行扫描，进而进行重构，所以重构的精度高。但是由于三维扫描设备尺寸的限制，所以很难应用于大型物体，而且由于设备仪器要求精度高，所以造价昂贵，也难以处理透明高光物体。

静态重构通过录像设备获取物体的二维图像，并通过图片之间的拓扑关系按照一定的算法重构出物体的三维模型。常用的基于图像的三维重构可以分为如下五类：单目视觉法，立体视差法，逐层切片恢复形体方法，从轮廓恢复形状，从运动恢复形状法。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

本课题主要研究设计面向植物三维重构的图像采集平台。主要采用运动恢复结构(sfm)的基本思想，通过相机与被摄物体的相对运动从多个角度拍摄多幅图像，再对该图像序列中的目标进行数学分析，构建物体的三维数字模型。

在设计内容方面，针对植物的形态和重建的具体需求，参考现有的三维重构系统，设计专门的三维重构系统平台，包括植物搭载集成平台，相机台架，相机设备，还包括补光设备，背景板，支撑架，控制台等辅助设施。

4. 研究创新点

1．可以通过手动的方式切换相机台架和植物搭载平台的运动模式，既可以实现相机台架运动，植物搭载平台静止；也可以实现相机台架静止，植物搭载平台运动。满足不同需求下植物多角度的拍摄，实现了对植物采集的连续性和动态化。

2.相机台架部分采用非固定式结构，可以根据不同的植物尺寸调整相机与植物的距离，灵活性好，进一步提高了三维重构精度。

3.拍摄模式可选，既可以选择拍摄植物照片，也可以360度拍摄植物视频，满足不同需求下的植物观测和三维重建。