[发明专利]结合图像和计算模型的茶叶嫩芽形态的三维重建方法

权利要求书

1.一种结合图像和计算模型的茶叶嫩芽形态的三维重建方法，其特征是包含以下具体步骤：

(1)获取茶树中茶叶原始图像；

(2)将原始图像去噪和从RGB颜色空间转换到HSI颜色空间，并选取模型中的H和S参数作为茶叶图像的特征；

(3)在图像中选择部分像素点作为种子；

(4)基于生长规则对种子区域进行生长，将与茶叶嫩芽种子颜色性质相似的相邻像素附加在生长区域的种子上，基于合并规则对整幅图像的多个子块进行扫描，对在颜色上相近，空间上相邻的区域进行合并；

(5)完成茶叶嫩芽的分割和对茶叶嫩芽进行特征参数的提取；

(6)进行茶叶叶脉曲线模型和茶叶叶形形态模型的计算和与标准的茶叶叶形数据库进行数据匹配的计算；

(7)完成茶叶嫩芽的三维重建。

2.根据权利要求1所述的结合图像和计算模型的茶叶嫩芽形态的三维重建方法，其特征是：

在步骤(4)种子区域进行生长中为了表明一个区域与它的邻域区域有很高的相似度，为每个区域定义一个相似度函数： 

其中

x_t为 中每个区域的色调H分量均值， 为 集合内所有区域的色调分量均值；

而

y_t为 中每个区域的饱和度S分量均值， 为 集合内所有区域的饱和度分量值； 而ε₁和ε₂是定义的色调分量和饱和度分量系数。

3.根据权利要求1所述的结合图像和计算模型的茶叶嫩芽形态的三维重建方法，其特征是：

在步骤(4)种子区域合并中，对两个区域在颜色上相近、空间上相邻并且其邻域处没有显著的边缘，则认为是两个可相连的区域，定义颜色距离D_c如下：

其中r_i和r_j分别代表i和j区域中包含的像素个数， 和 代表两个区域的颜色均值，||||表示欧式距离；

定义边缘距离D_e如下：

其中P_ij表示区域边缘上的像素个数，x_m和x_n分别表示边缘两侧的m和n点的位置值。||||表示欧式距离。

4.根据权利要求1所述的结合图像和计算模型的茶叶嫩芽形态的三维重建方法，其特征是：

在步骤(5)茶叶嫩芽特征参数的提取中包含有嫩芽轮廓、中轴、叶宽，叶长、叶倾角、叶枝的长度和直径。

5.根据权利要求1所述的结合图像和计算模型的茶叶嫩芽形态的三维重建方法，其特征是：

在步骤(6)叶脉曲线模型设计中，采用悬臂梁设计，挠度曲线方程为：

而 v(0)＝0，经两次积分得到：

24E·I(x cos(θ)+ysin(θ))＝q sin(θ)[(x sin(θ)-ycos(θ))⁴-4L((x sin(θ)-ycos(θ))³+6L²(x sin(θ)-ycos(θ))²]取y₁＝xcos(θ)+ysin(θ)，x₁＝xsin(θ)-ycos(θ)上式简化为：

可得：x＝y₁cos(θ)+x₁sin(θ)，y＝y₁sin(θ)-x₁cos(θ)

其中，x₁，y₁为X₁OY₁坐标系中的坐标，L为叶脉曲线长度，θ为茎叶夹角，v为茶叶叶脉曲线弯曲挠度，即偏离叶脉初始状态的距离，在系统中E为弹性模量，I为惯性矩，q为叶片所受均载荷。

6.根据权利要求1所述的结合图像和计算模型的茶叶嫩芽形态的三维重建方法，其特征是： 

在步骤(6)茶叶叶形形态模型设计中，分为以下几种模型设计：

(1)茶叶叶片长度(LL)与叶序(N)的关系模型；

其中L_M是单叶的最大长度，N_M是最长叶片所在叶序，设为品种参数，La是模型参数；

(2)茶叶的叶形关系模型；

茶叶的叶宽(lw)与叶长(ll)具有一定的函数关系，定义为下式表示：

其中LL是叶片的长度，LW是叶片的最大宽度，lw一叶片在长度为ll处的叶片宽度，a，b，c为模型参数；

(3)茶叶的面积关系模型；

叶面积与叶长、叶宽之积的关系定义如下：

LA＝k×LW×LL

其中，k为校正系数，其数值与叶片形态相关，随茶叶品种和叶序略有变化。