[发明专利]植物群体三维重建误差测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维测量数据处理或三维模型分析技术领域，尤其涉及一种植物群体三维重建误差测量方法。

背景技术

随着近年来三维激光扫描仪、立体视觉相机等测量仪器的不断成熟，测量速度和精度越来越高，基于测量数据进行植物植株和群体的三维重建成为可能。另一方面，农学研究、景观展示等应用对植物三维重建的精度和准确度的要求也不断提高。因此，如何验证重建的植物三维模型，特别是群体尺度的三维重建模型的准确性十分重要，但如何对重建的植物三维模型（尤其是植物群体三维模型）的误差进行定量化评价的方法却十分匮乏。已有的植物重建误差评价方法都存在评价指标不全面的问题，急需开发新的评价方法。例如：

针对基于三维数字化仪采集数据的果树形态结构三维重建方法的有效性，存在一种通过半球图像的植物三维模型重建误差评价方法，具体做法就是从相同的角度分别对真实植物和三维重建的植物拍摄一个圆形的照片，植物地上部应该全部包含在照片中，同时使照片中非目标植物以外的物体、背景等都用一个与植物颜色相差较大的颜色填充，然后分别统计两个照片中植物部分象素所占百分比并进行对比，以此比较重建的果树三维模型与真实果树的误差。该方法仅从一个方向拍摄植物的图像，由于植物具有极其不规则的外形，从不同方向拍摄的图像都不相同，并可能存在较大的差距，因此仅通过一个方向拍摄的图像计算出来的植物在图像中所占的象素比例具有较大的随机性，使得对比结果不可信。

针对基于图像的植物植株骨架三维重建方法还存在一种选取叶长、茎叶夹角和方位角三个形态特征参数作为评价指标，然后分别从真实植物和重建的三维骨架中计算这三个参数的值，通过对比两者之间的差的方法来检验重建的植株三维骨架的准确性的方法。在这种重建误差评价指标中，仅包括叶长、茎叶夹角和方位角等少量的植物形态特征参数，许多对分析植物群体冠层特征更有意义的参数，如冠层垂直投影面积、冠层总叶面积等都没有考虑，因此尚难以较好地说明其重建的三维模型的准确性。

综合而言，目前的关于三维植物重建的误差评价的评价指标都不全面，难以准确说明所重建的植物三维模型的准确性，特别是在群体尺度上，尚未有令人满意的重建误差定量评价方法。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：提供一种具有可操作性的、能够较全面地对重建的植物群体三维模型的误差进行定量化评价的植物群体三维重建误差测量方法。

（二）技术方案

为解决上述问题，本发明提供了一种植物群体三维重建误差测量方法，该方法包括步骤：

S1.从重建目标中采集误差测量数据；

S2.从所重建的三维植物群体中采集误差测量数据；

S3.根据步骤S1和S2采集到的测量数据，按照下式计算三维植物群体的相对重建误差REPP：

REPP=a×RAE+b×RSE+c×RCLRE

其中，RAE为相对面积误差，RSE为相对结构误差，RCLRE为相对冠层光辐射误差，a、b、c分别为所述相对面积误差、所述相对结构误差以及所述相对冠层光辐射误差的权重因子，且a+b+c=1。

优选地，所述测量数据包括：面积误差、结构误差、以及冠层光辐射误差测量数据。

优选地，所述面积误差测量数据包括：冠层总叶面积、冠层垂直投影面积、以及冠层侧面投影面积；所述结构误差测量数据包括：平均株高、平均节间长度、平均叶柄长度、平均叶片长度、平均叶倾角以及平均叶方位角；所述冠层光辐射误差测量数据包括光合有效辐射。

优选地，步骤S1进一步包括：

S1.1从所述重建目标中采集面积误差测量数据，分别得到冠层总叶面积测量值、冠层垂直投影面积测量值、以及冠层侧面投影面积测量值；

S1.2从所述重建目标中采集结构误差测量数据，分别得到平均株高测量值、平均节间长度测量值、平均叶柄长度测量值、平均叶片长度测量值、平均叶倾角测量值、以及平均叶方位角测量值；

S1.3从所述重建目标中采集冠层光辐射误差测量数据，分别得到冠层内光合有效辐射测量值以及冠层顶部总辐射量测量值。

优选地，步骤S2进一步包括：

S2.1从所述三维植物群体中采集面积误差测量数据，分别得到冠层总叶面积计算值、冠层垂直投影面积计算值、以及冠层侧面投影面积计算值；

S2.2从所述三维植物群体中采集结构误差测量数据，分别得到平均株高计算值、平均节间长度计算值、平均叶柄长度计算值、平均叶片长度计算值、平均叶倾角计算值、以及平均叶方位角计算值；