基于相机位姿恢复与神经辐射场理论的果树三维重建方法

作     者：宫金良 刘镔霄 魏鹏 王辉岩 张彦斐 兰玉彬 GONG Jinliang;LIU Binxiao;WEI Peng;WANG Huiyan;ZHANG Yanfei;LAN Yubin

作者机构：山东理工大学机械工程学院淄博255000 中国农业科学院植物保护研究所北京100193 山东理工大学农业工程与食品科学学院淄博255000 

基　　金：山东省引进顶尖人才“一事一议”专项经费资助项目(鲁政办字27号) 山东省重点研发计划项目(重大科技创新工程)(2020CXGC010804) 山东省自然科学基金项目(ZR2021MC026) 

出 版 物：《农业工程学报》 (Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering)

年 卷 期：2023年第39卷第22期

页      码：157-165页

摘      要：针对传统立体视觉三维重建技术难以准确表征果树多尺度复杂表型细节的问题,该研究提出了一种基于相机位姿恢复技术与神经辐射场理论的果树三维重建方法,设计了一套适用于标准果园环境的果树图像采集设备和采集方案。首先,环绕拍摄果树全景视频并以抽帧的方式获取果树多视角图像;其次,使用运动结构恢复算法进行稀疏重建以计算果树图像位姿;然后,训练果树神经辐射场,将附有位姿的多视角果树图像进行光线投射法分层采样和位置编码后输入多层感知机,通过体积渲染监督训练过程以获取收敛且能反映果树真实形态的辐射场;最后,导出具有高精度与高表型细节的果树三维实景点云模型。试验表明,该研究构建的果树点云能准确表征从植株尺度的枝干、叶冠等宏观结构到器官尺度的果实、枝杈、叶片乃至叶柄、叶斑等微观结构。果树整体精度达到厘米级,其中胸径、果径等参数达到毫米级精度,尺度一致性误差不超过5%。相较于传统的立体视觉三维重建方法,重建时间缩短39.50%,树高、冠幅、胸径和地径4个树形参数的尺度一致性误差分别降低了77.06%、83.61%、45.47%和62.23%。该方法能构建具有高精度、高表型细节的果树点云模型,为数字果树技术的应用奠定基础。

主 题 词：计算机视觉 三维重建 果树 神经辐射场 位姿恢复 

学科分类：082804[082804] 08[工学] 0828[工学-建筑类] 09[农学] 0902[农学-自然保护与环境生态类] 090201[090201] 

核心收录：

D　O　I：10.11975/j.issn.1002-6819.202307275

馆 藏 号：203125152...