基于激光扫描的树木三维重建与测量开题报告

1. 研究目的与意义

树木枝干三维重建与测量在林业及其他领域得到越来越广泛的应用。运用三维激光扫描系统的组成、工作原理及工作流程;探讨了应用三维激光扫描系统,通过扫描获取单株树木的三维空间点阵数据,将树冠近似为多个圆柱体,把他们进行三维空间叠加，求它们的体积之和来计算树胸的高度以及树干锥度和倾斜度的估算。我们对此进行实验,而后对实测数据进行精度分析,取得了研究结果。研究表明,利用三维激光扫描仪对树木枝干进行三维重建和测量具有较强的实践意义和应用价值。

2. 国内外研究现状分析

刘沛; 陈军^[1] 实现了果园机械自动对靶喷药中树形的识别,采用激光测距传感器进行果树二维图像的绘制,通过对车载激光传感器采集的果树点云信息的筛选和变换,完成果树点距离信息的选取;利用matlab的绘图功能,将筛选后的距离信息与二维图像的灰度值进行融合,实现扫描距离到图像灰度值的转变。实验表明,该系统可以很好地将扫描距离信息融入到二维灰度图像的绘制当中,使图像中所包含的信息量更大、更全面。

范海英^[2]就三维激光扫描成像系统的原理和发展趋势做了简要的叙述,以工程应用实例对三维激光扫描成像系统的工作流程和三维建模做了详细的说明,并对三维激光扫描系统采集的点云数据处理的方法和手段进行了研究。

刘彦宏; 王洪斌; 杜威; 李华^[3]利用基于图像的建模技术 ,实现了一个从双视点图像重建树木三维模型的系统 ,提出了一个自动获取树木二维主干骨架的方案 ,实现了二维骨架点的对应关系求解 ,三维骨架点的重建、简化及树表面网格的生成 .实验结果表明该文提出的方法确实可行、有效。

3. 研究的基本内容与计划

内容：

树木形态的研究是农业科学领域的一个主要的研究方向，当前这种研究的主要目的在于获取测树因子，如计算树木的直径、树高和材积等。运用传统方法获取这些测树因子人为工作量大，测算不准确，给农业的生产造成了极大的不便。随着计算机视觉技术的发展，使得人们有可能通过对林木的三维重建所得的模型来获取测树因子，从而极大地提高了测量所得数据的准确性，降低了人为的工作量。通常，根据数据获取的方式不同，对林木的三维重建方法分为两类：基于图像的方法和基于距离的方法。基于图像的建模技术是获取特定物体三维模型的一种重要方法。将基于图像的建模技术与过程化方法相结合，从多视点的定标图像通过体相交技术重建树体的外轮廓，然后提取中心线作为树的主干骨架。最后，根据主干骨架与外轮廓数据采用l 系

统模拟生长出一棵外形相似的树。这里以一种新型的区域激光扫描仪为数据获取平台，提出了生成树木枝干三维模型的系统方法，并通过野外白杨树建模实验说明本文所提出的方法能够有效解决基于激光扫描数据的树木枝干三维重建的基本问题。

4. 研究创新点

创新点在于以区域激光扫描仪为数据获取平台，重点突破基于激光扫描数据的树木枝干的三维重建的关键技术，解决了树木枝干数据获取、三维数据分析与筛选、模型所用圆柱体的构建、树木枝干三维建模、模拟模型评价等核心问题，初步形成了基于扫描数据的树木枝干三维重建的方法体系。