本發(fā)明涉及海底植物的檢測(cè)與識(shí)別領(lǐng)域，尤其是涉及了一種基于3d重建自動(dòng)化分析海底植物生長(zhǎng)狀況的方法。

背景技術(shù)：

海底植物的檢測(cè)與識(shí)別常用于海底植物種類(lèi)的識(shí)別、植物生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)控、赤潮預(yù)測(cè)和防治等領(lǐng)域，自動(dòng)和準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)海底植物表型分析是現(xiàn)代作物監(jiān)測(cè)和農(nóng)業(yè)技術(shù)的典型部分。具體地，自動(dòng)檢測(cè)和識(shí)別海底植物，對(duì)浮游植物進(jìn)行顯微圖像分析，有利于海洋生態(tài)系統(tǒng)的建立。在生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)控方面，通過(guò)監(jiān)測(cè)海底植物的生長(zhǎng)狀態(tài)，采集海底植物生長(zhǎng)的信息，有助于海底植物生理方面的研究。除此之外，通過(guò)識(shí)別和檢測(cè)赤潮生物的數(shù)目，分析其增值率，可預(yù)報(bào)赤潮的發(fā)生以通過(guò)一定措施進(jìn)行防治。對(duì)海底植物進(jìn)行非侵入性分析在海底植物科學(xué)研究中是非常需要的，因?yàn)閭鹘y(tǒng)技術(shù)通常需要對(duì)海底植物進(jìn)行破壞，因此禁止在其生命周期內(nèi)分析海底植物生長(zhǎng)。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，分析和產(chǎn)生高生產(chǎn)量，無(wú)需任何手動(dòng)干預(yù)。

本發(fā)明提出了一種基于3d重建自動(dòng)化分析海底植物生長(zhǎng)狀況的方法，監(jiān)控和分析海底植物的整個(gè)生命周期的生長(zhǎng)。首先，龍門(mén)機(jī)器人系統(tǒng)用于數(shù)據(jù)采集過(guò)程的自動(dòng)化，機(jī)器人按照特定的軌跡在海底植物周?chē)苿?dòng)，3d激光掃描儀放置于機(jī)械臂，可從關(guān)于海底植物的多個(gè)視角記錄3d點(diǎn)云數(shù)據(jù)，機(jī)器人從一個(gè)視角移動(dòng)到另一個(gè)視角，并與掃描儀通信，對(duì)被觀察的海底植物進(jìn)行掃描。每天6次按30°掃描12個(gè)視角約360°，最后將所有視圖合并為單個(gè)3d三角形網(wǎng)格表示整個(gè)海底植物。本發(fā)明突破了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)會(huì)對(duì)海底植物造成破壞的局限性，開(kāi)發(fā)了一種3d海底植物表型視覺(jué)系統(tǒng)，能夠自動(dòng)監(jiān)控和分析海底植物整個(gè)生命周期的生長(zhǎng)，而不對(duì)海底植物造成破壞，有利于對(duì)海底植物生長(zhǎng)狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)而準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)和分析，從而提高作物的產(chǎn)量和進(jìn)一步推動(dòng)海底植物科學(xué)的研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)傳統(tǒng)方法會(huì)對(duì)海底植物造成破壞的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)了一種3d海底植物表型視覺(jué)系統(tǒng)，能夠自動(dòng)監(jiān)控和分析海底植物的整個(gè)生命周期的生長(zhǎng)，而不對(duì)海底植物造成破壞，有利于對(duì)海底植物生長(zhǎng)狀態(tài)進(jìn)行自動(dòng)而準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)和分析，從而提高作物的產(chǎn)量和進(jìn)一步推動(dòng)海底植物科學(xué)的研究。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于3d重建自動(dòng)化分析海底植物生長(zhǎng)狀況的方法，其主要內(nèi)容包括：

(一)機(jī)器人；

(二)掃描儀；

(三)生長(zhǎng)室；

(四)多視圖對(duì)齊；

(五)系統(tǒng)集成。

其中，所述的機(jī)器人，包括可調(diào)底座和攜帶7自由度機(jī)械臂的2軸高架龍門(mén)架，植物放置在可以上下移動(dòng)的基座上，以適應(yīng)不同的應(yīng)用和植物大小，7自由度機(jī)械臂為控制3d掃描的位置和方向提供了高度的靈活性，而2軸龍門(mén)架提供了一個(gè)擴(kuò)展的工作空間，機(jī)器人的精度和重復(fù)性均為0.1μm，通過(guò)編程，令機(jī)器人圍繞植物按圓形軌跡移動(dòng)進(jìn)行掃描，最初機(jī)器人停留在原位，機(jī)械臂垂直向下放置，在初始化命令后，它通過(guò)交替的宏觀和微觀的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)從原始位置移動(dòng)到所需位置，將基座中心相對(duì)于機(jī)械臂垂直軸的水平距離保持在0.56米，從基座平面到掃描儀的距離保持在0.26米，這些距離均根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，可獲得最佳的掃描數(shù)據(jù)。

其中，所述的掃描儀，掃描儀是機(jī)械臂的有效載荷，以點(diǎn)云格式測(cè)量物體可見(jiàn)表面的密集深度圖，掃描儀使用825nm的近紅外光，降低對(duì)植物生長(zhǎng)的影響，掃描儀的不同參數(shù)(例如視場(chǎng)，激光功率等)均根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，用激光功率1.0mw執(zhí)行整個(gè)實(shí)驗(yàn)，單次掃描需要大約1分鐘的時(shí)間才能產(chǎn)生兩點(diǎn)間分辨率為0.25mm的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，掃描儀軟件通過(guò)用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(udp)與機(jī)器人控制軟件進(jìn)行通信，每次機(jī)器人在掃描位置停止時(shí)，即與掃描儀通訊，進(jìn)行一次掃描，然后移動(dòng)到下一個(gè)位置。

其中，所述的生長(zhǎng)室，自主設(shè)計(jì)了一個(gè)生長(zhǎng)室內(nèi)的整個(gè)機(jī)器人裝置，該生長(zhǎng)室完全可編程，可控制溫度，濕度，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和光強(qiáng)度，使用相機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，整個(gè)生長(zhǎng)室是專(zhuān)門(mén)的嵌入式系統(tǒng)，可由機(jī)器人控制軟件進(jìn)行控制。

其中，所述的多視圖對(duì)齊，多視圖對(duì)齊是構(gòu)建對(duì)象的3d模型的主要任務(wù)，使用高斯混合模型(gmm)登記兩個(gè)非剛性點(diǎn)的集合，通過(guò)連續(xù)概率密度函數(shù)來(lái)表示離散點(diǎn)，高斯混合模型可以表示為m高斯密度的加權(quán)和：

其中x是d維向量，ωi(i＝1，...，m)是平均值為μi和協(xié)方差為σi的每個(gè)混合g的權(quán)重，并且參數(shù)λ＝{ωi，μi，∑i}，通過(guò)最小化以下代價(jià)函數(shù)來(lái)最小化兩個(gè)高斯混合物之間的差異：

其中是模型點(diǎn)集，是場(chǎng)景(數(shù)據(jù))點(diǎn)集，函數(shù)表示由構(gòu)成的高斯混合密度，目的是找到能最小化上述代價(jià)函數(shù)的參數(shù)θ，通過(guò)使用l2范數(shù)作為距離測(cè)量，最后通過(guò)擴(kuò)展相干點(diǎn)漂移(cpd)算法來(lái)對(duì)齊多數(shù)據(jù)集。

進(jìn)一步地，所述的代價(jià)函數(shù)，給定兩個(gè)點(diǎn)云，x＝(x1，x2，...，xm)^t和y＝(y1，y2，...，yn)^t，一般來(lái)說(shuō)對(duì)于點(diǎn)x，gmm概率密度函數(shù)將是：

其中，

不用最大化gmm后驗(yàn)概率，通過(guò)最小化負(fù)對(duì)數(shù)似然函數(shù)以獲得最佳對(duì)齊：

其中，

然后迭代地使用期望最大化算法來(lái)優(yōu)化代價(jià)函數(shù)。

進(jìn)一步地，所述的相干點(diǎn)漂移，該方法是包含兩個(gè)步驟，從大致對(duì)齊掃描開(kāi)始，然后將單次掃描登記到由所有其他掃描構(gòu)造的“平均”形狀中，并將集合更新以包括新登記的結(jié)果，對(duì)所有其他掃描集合執(zhí)行相同的過(guò)程，避免合并錯(cuò)誤的累積，具體通過(guò)構(gòu)建“平均”掃描，登記所有其他掃描，對(duì)于掃描x，找到與掃描中的一個(gè)點(diǎn)相互最近鄰(mnn)的點(diǎn)集，然后計(jì)算由每個(gè)點(diǎn)計(jì)算所得質(zhì)心組成的掃描，一旦初始登記完成，就聯(lián)合使用cpd與mnn，以恢復(fù)植物在每次掃描捕獲之間受到的非剛性形變場(chǎng)，在這一點(diǎn)上，掃描應(yīng)該大致對(duì)準(zhǔn)，然后構(gòu)造質(zhì)心/平均掃描，繼續(xù)進(jìn)行登記。

其中，所述的系統(tǒng)集成，整合了生長(zhǎng)室，機(jī)器人和掃描儀，其中機(jī)器人和掃描儀由不同的計(jì)算機(jī)操作，通過(guò)專(zhuān)用udp鏈接進(jìn)行通信，生長(zhǎng)室通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程進(jìn)行訪問(wèn)，通過(guò)一個(gè)gui即可操作整個(gè)系統(tǒng)，一旦系統(tǒng)啟動(dòng)，理論上，它可以一直掃描和處理，直到實(shí)驗(yàn)終止，其中在每個(gè)掃描位置，系統(tǒng)等待10秒以允許設(shè)備和掃描儀在啟動(dòng)掃描之前被設(shè)置好，一旦完成一個(gè)掃描，即分析所得的掃描數(shù)據(jù)，以確保植物已被完全捕獲(即通過(guò)邊界框計(jì)算沒(méi)有被剪切)。

進(jìn)一步地，所述的通信，生長(zhǎng)室與機(jī)器人操作之間的通信需要時(shí)常進(jìn)行，在掃描植物時(shí)，需要關(guān)閉或大幅度降低室內(nèi)的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，否則掃描數(shù)據(jù)將錯(cuò)誤，另外，在不同的照明條件的實(shí)驗(yàn)中，需要生長(zhǎng)室與機(jī)器人的掃描時(shí)間表之間的通信，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前，根據(jù)應(yīng)用需要設(shè)置生長(zhǎng)室參數(shù)，在一組掃描之前的實(shí)驗(yàn)期間，機(jī)器人與生長(zhǎng)室之間通信，關(guān)閉風(fēng)扇(如有需要?jiǎng)t打開(kāi)照明)，并在掃描完成時(shí)恢復(fù)生長(zhǎng)室的默認(rèn)設(shè)置，在每次掃描時(shí)重復(fù)該過(guò)程。

進(jìn)一步地，所述的掃描設(shè)置，在每次掃描期間先動(dòng)態(tài)地確定包圍整個(gè)植物的掃描邊界，此外，隨著植物生長(zhǎng)，它可以朝向特定方向傾斜，要求相應(yīng)地調(diào)整掃描儀的位置，在每次掃描之前，執(zhí)行一個(gè)簡(jiǎn)單的邊界框計(jì)算，在進(jìn)行實(shí)際掃描之前，從2個(gè)方向(正面和側(cè)面)執(zhí)行預(yù)掃描程序，從這些掃描中，植物的邊界框中心被近似并用于更新圓形掃描軌跡的旋轉(zhuǎn)中心，一旦確定了植物中心，系統(tǒng)就會(huì)使龍門(mén)架和機(jī)械臂平移并將掃描頭旋轉(zhuǎn)到植物周?chē)闹付x散位置。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種基于3d重建自動(dòng)化分析海底植物生長(zhǎng)狀況的方法的系統(tǒng)流程圖。

圖2是本發(fā)明一種基于3d重建自動(dòng)化分析海底植物生長(zhǎng)狀況的方法的機(jī)器人系統(tǒng)示意圖。

圖3是本發(fā)明一種基于3d重建自動(dòng)化分析海底植物生長(zhǎng)狀況的方法的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室。

圖4是本發(fā)明一種基于3d重建自動(dòng)化分析海底植物生長(zhǎng)狀況的方法的系統(tǒng)示意圖。

圖5是本發(fā)明一種基于3d重建自動(dòng)化分析海底植物生長(zhǎng)狀況的方法的邊界框計(jì)算示意圖。

圖6是本發(fā)明一種基于3d重建自動(dòng)化分析海底植物生長(zhǎng)狀況的方法的包圍示意圖。

具體實(shí)施方式

需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互結(jié)合，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明一種基于3d重建自動(dòng)化分析海底植物生長(zhǎng)狀況的方法的系統(tǒng)流程圖。主要包括機(jī)器人、掃描儀、生長(zhǎng)室、多視圖對(duì)齊、系統(tǒng)集成。

其中，所述的機(jī)器人，包括可調(diào)底座和攜帶7自由度機(jī)械臂的2軸高架龍門(mén)架，植物放置在可以上下移動(dòng)的基座上，以適應(yīng)不同的應(yīng)用和植物大小，7自由度機(jī)械臂為控制3d掃描的位置和方向提供了高度的靈活性，而2軸龍門(mén)架提供了一個(gè)擴(kuò)展的工作空間，機(jī)器人的精度和重復(fù)性均為0.1μm，通過(guò)編程，令機(jī)器人圍繞植物按圓形軌跡移動(dòng)進(jìn)行掃描，最初機(jī)器人停留在原位，機(jī)械臂垂直向下放置，在初始化命令后，它通過(guò)交替的宏觀和微觀的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)從原始位置移動(dòng)到所需位置，將基座中心相對(duì)于機(jī)械臂垂直軸的水平距離保持在0.56米，從基座平面到掃描儀的距離保持在0.26米，這些距離均根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，可獲得最佳的掃描數(shù)據(jù)。

其中，所述的掃描儀，掃描儀是機(jī)械臂的有效載荷，以點(diǎn)云格式測(cè)量物體可見(jiàn)表面的密集深度圖，掃描儀使用825nm的近紅外光，降低對(duì)植物生長(zhǎng)的影響，掃描儀的不同參數(shù)(例如視場(chǎng)，激光功率等)均根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)定，用激光功率1.0mw執(zhí)行整個(gè)實(shí)驗(yàn)，單次掃描需要大約1分鐘的時(shí)間才能產(chǎn)生兩點(diǎn)間分辨率為0.25mm的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，掃描儀軟件通過(guò)用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議(udp)與機(jī)器人控制軟件進(jìn)行通信，每次機(jī)器人在掃描位置停止時(shí)，即與掃描儀通訊，進(jìn)行一次掃描，然后移動(dòng)到下一個(gè)位置。

其中，所述的生長(zhǎng)室，自主設(shè)計(jì)了一個(gè)生長(zhǎng)室內(nèi)的整個(gè)機(jī)器人裝置，該生長(zhǎng)室完全可編程，可控制溫度，濕度，風(fēng)扇轉(zhuǎn)速和光強(qiáng)度，使用相機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，整個(gè)生長(zhǎng)室是專(zhuān)門(mén)的嵌入式系統(tǒng)，可由機(jī)器人控制軟件進(jìn)行控制。

其中，所述的多視圖對(duì)齊，多視圖對(duì)齊是構(gòu)建對(duì)象的3d模型的主要任務(wù)，使用高斯混合模型(gmm)登記兩個(gè)非剛性點(diǎn)的集合，通過(guò)連續(xù)概率密度函數(shù)來(lái)表示離散點(diǎn)，高斯混合模型可以表示為m高斯密度的加權(quán)和：

其中x是d維向量，ωi(i＝1，...，m)是平均值為μi和協(xié)方差為∑i的每個(gè)混合g的權(quán)重，并且參數(shù)λ＝{ωi，μi，∑i}，通過(guò)最小化以下代價(jià)函數(shù)來(lái)最小化兩個(gè)高斯混合物之間的差異：

其中是模型點(diǎn)集，是場(chǎng)景(數(shù)據(jù))點(diǎn)集，函數(shù)表示由構(gòu)成的高斯混合密度，目的是找到能最小化上述代價(jià)函數(shù)的參數(shù)θ，通過(guò)使用l2范數(shù)作為距離測(cè)量，最后通過(guò)擴(kuò)展相干點(diǎn)漂移(cpd)算法來(lái)對(duì)齊多數(shù)據(jù)集。

進(jìn)一步地，所述的代價(jià)函數(shù)，給定兩個(gè)點(diǎn)云，x＝(x1，x2，...，xm)^t和y＝(y1，y2，...，yn)^t，一般來(lái)說(shuō)對(duì)于點(diǎn)x，gmm概率密度函數(shù)將是：

其中，

不用最大化gmm后驗(yàn)概率，通過(guò)最小化負(fù)對(duì)數(shù)似然函數(shù)以獲得最佳對(duì)齊：

其中，

然后迭代地使用期望最大化算法來(lái)優(yōu)化代價(jià)函數(shù)。

進(jìn)一步地，所述的相干點(diǎn)漂移，該方法是包含兩個(gè)步驟，從大致對(duì)齊掃描開(kāi)始，然后將單次掃描登記到由所有其他掃描構(gòu)造的“平均”形狀中，并將集合更新以包括新登記的結(jié)果，對(duì)所有其他掃描集合執(zhí)行相同的過(guò)程，避免合并錯(cuò)誤的累積，具體通過(guò)構(gòu)建“平均”掃描，登記所有其他掃描，對(duì)于掃描x，找到與掃描中的一個(gè)點(diǎn)相互最近鄰(mnn)的點(diǎn)集，然后計(jì)算由每個(gè)點(diǎn)計(jì)算所得質(zhì)心組成的掃描，一旦初始登記完成，就聯(lián)合使用cpd與mnn，以恢復(fù)植物在每次掃描捕獲之間受到的非剛性形變場(chǎng)，在這一點(diǎn)上，掃描應(yīng)該大致對(duì)準(zhǔn)，然后構(gòu)造質(zhì)心/平均掃描，繼續(xù)進(jìn)行登記。

其中，所述的系統(tǒng)集成，整合了生長(zhǎng)室，機(jī)器人和掃描儀，其中機(jī)器人和掃描儀由不同的計(jì)算機(jī)操作，通過(guò)專(zhuān)用udp鏈接進(jìn)行通信，生長(zhǎng)室通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程進(jìn)行訪問(wèn)，通過(guò)一個(gè)gui即可操作整個(gè)系統(tǒng)，一旦系統(tǒng)啟動(dòng)，理論上，它可以一直掃描和處理，直到實(shí)驗(yàn)終止，其中在每個(gè)掃描位置，系統(tǒng)等待10秒以允許設(shè)備和掃描儀在啟動(dòng)掃描之前被設(shè)置好，一旦完成一個(gè)掃描，即分析所得的掃描數(shù)據(jù)，以確保植物已被完全捕獲(即通過(guò)邊界框計(jì)算沒(méi)有被剪切)。

進(jìn)一步地，所述的通信，生長(zhǎng)室與機(jī)器人操作之間的通信需要時(shí)常進(jìn)行，在掃描植物時(shí)，需要關(guān)閉或大幅度降低室內(nèi)的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，否則掃描數(shù)據(jù)將錯(cuò)誤，另外，在不同的照明條件的實(shí)驗(yàn)中，需要生長(zhǎng)室與機(jī)器人的掃描時(shí)間表之間的通信，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前，根據(jù)應(yīng)用需要設(shè)置生長(zhǎng)室參數(shù)，在一組掃描之前的實(shí)驗(yàn)期間，機(jī)器人與生長(zhǎng)室之間通信，關(guān)閉風(fēng)扇(如有需要?jiǎng)t打開(kāi)照明)，并在掃描完成時(shí)恢復(fù)生長(zhǎng)室的默認(rèn)設(shè)置，在每次掃描時(shí)重復(fù)該過(guò)程。

進(jìn)一步地，所述的掃描設(shè)置，在每次掃描期間先動(dòng)態(tài)地確定包圍整個(gè)植物的掃描邊界，此外，隨著植物生長(zhǎng)，它可以朝向特定方向傾斜，要求相應(yīng)地調(diào)整掃描儀的位置，在每次掃描之前，執(zhí)行一個(gè)簡(jiǎn)單的邊界框計(jì)算，在進(jìn)行實(shí)際掃描之前，從2個(gè)方向(正面和側(cè)面)執(zhí)行預(yù)掃描程序，從這些掃描中，植物的邊界框中心被近似并用于更新圓形掃描軌跡的旋轉(zhuǎn)中心，一旦確定了植物中心，系統(tǒng)就會(huì)使龍門(mén)架和機(jī)械臂平移并將掃描頭旋轉(zhuǎn)到植物周?chē)闹付x散位置。

圖2是本發(fā)明一種基于3d重建自動(dòng)化分析海底植物生長(zhǎng)狀況的方法的龍門(mén)機(jī)器人系統(tǒng)示意圖。包括可調(diào)底座和攜帶7自由度機(jī)械臂的2軸架空龍門(mén)架，海底植物放置在可以上下移動(dòng)的基座上，以適應(yīng)不同的應(yīng)用和海底植物大小。其中7自由度機(jī)械臂為控制3d掃描的位置和方向提供了高度的靈活性，而2軸龍門(mén)架提供了一個(gè)擴(kuò)展的工作空間。

圖3是本發(fā)明一種基于3d重建自動(dòng)化分析海底植物生長(zhǎng)狀況的方法的機(jī)器人實(shí)驗(yàn)室。通過(guò)編程，令機(jī)器人圍繞海底植物按圓形軌跡移動(dòng)以進(jìn)行掃描，最初，機(jī)器人停留在原位，機(jī)械臂垂直向下放置，如圖所示。在命令初始化后，它通過(guò)交替的宏觀和微觀的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)從原始位置移動(dòng)到所需位置。將基座中心相對(duì)于機(jī)械臂垂直軸的水平距離保持在0.56米，從基座平面到掃描儀的距離保持在0.26米。

圖4是本發(fā)明一種基于3d重建自動(dòng)化分析海底植物生長(zhǎng)狀況的方法的系統(tǒng)示意圖。系統(tǒng)整合了生長(zhǎng)室，機(jī)器人和掃描儀，其連接如圖所示。機(jī)器人和掃描儀由不同的計(jì)算機(jī)操作，通過(guò)專(zhuān)用udp鏈接進(jìn)行通信。該生長(zhǎng)室通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)程訪問(wèn)。整個(gè)系統(tǒng)通過(guò)一個(gè)gui進(jìn)行操作，一旦系統(tǒng)啟動(dòng)，理論上，它可以繼續(xù)掃描和處理，直到實(shí)驗(yàn)終止。

圖5是本發(fā)明一種基于3d重建自動(dòng)化分析海底植物生長(zhǎng)狀況的方法的邊界框計(jì)算示意圖。由于海底植物的尺寸或維度不是預(yù)先知道的，所以需要在每次掃描期間先動(dòng)態(tài)地確定包圍整個(gè)海底植物的掃描邊界。此外，隨著海底植物生長(zhǎng)，它可以朝向特定方向傾斜，這要求相應(yīng)地調(diào)整掃描儀的位置。在每次掃描之前，執(zhí)行一個(gè)簡(jiǎn)單的邊界框計(jì)算。在進(jìn)行實(shí)際掃描之前，從2個(gè)方向(如圖所示的正面和側(cè)面)執(zhí)行預(yù)掃描程序。從這些掃描中，海底植物的邊界框中心被近似并用于更新圓形掃描軌跡的旋轉(zhuǎn)中心。一旦確定了海底植物中心，系統(tǒng)就會(huì)使龍門(mén)架和機(jī)械臂平移并將掃描頭旋轉(zhuǎn)到海底植物周?chē)闹付x散位置。

圖6是本發(fā)明一種基于3d重建自動(dòng)化分析海底植物生長(zhǎng)狀況的方法的包圍示意圖。在每個(gè)掃描位置，系統(tǒng)等待10秒以允許設(shè)備和掃描儀在啟動(dòng)掃描之前已被設(shè)置好。一旦一個(gè)掃描完成，分析所得到的掃描數(shù)據(jù)，以確保海底植物已被完全捕獲(即通過(guò)邊界框計(jì)算沒(méi)有被剪切)。有時(shí)，由于掃描儀線性平臺(tái)的行程(0.2m)有限，掃描儀fov不夠?qū)挘瑹o(wú)法捕獲海底植物的全部寬度。在這種情況下，將會(huì)通過(guò)移動(dòng)掃描儀自動(dòng)對(duì)該視圖進(jìn)行再次掃描。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)觀察，對(duì)于海底植物擬南芥，不超過(guò)3次掃描就可以包圍單個(gè)視圖，如圖所示。通常，如果海底植物不太寬，則p的單一視圖就足夠了。否則，在位置p1，p2和p3執(zhí)行側(cè)掃。所有掃描，包括側(cè)面掃描均是完全自動(dòng)化。

對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員，本發(fā)明不限制于上述實(shí)施例的細(xì)節(jié)，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，能夠以其他具體形式實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實(shí)施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。