基于軟激光測(cè)距的牲畜體型輪廓重構(gòu)方法及體況評(píng)分方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供的重構(gòu)方法將牲畜的整體輪廓分為若干個(gè)身體部位，然后分別對(duì)每個(gè)身體部位建立標(biāo)準(zhǔn)模板，然后使用對(duì)肉眼安全的軟激光技術(shù)來(lái)獲得牲畜輪廓點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并將獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)模板進(jìn)行融合，得到重建的牲畜體型輪廓。這種方法得到的輪廓更為精準(zhǔn)且不需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的算法提取和計(jì)算，且不受外界環(huán)境干擾和影響，可以快速生成完整的三維輪廓。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
基于軟激光測(cè)距的牲畜體型輪廓重構(gòu)方法及體況評(píng)分方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及軟激光測(cè)距技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于軟激光測(cè)距的牲畜體 型輪廓重構(gòu)方法及體況評(píng)分方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)牲畜體型輪廓進(jìn)行重構(gòu)時(shí)，一般用到熱成像技術(shù)、圖像處理技術(shù)和 Kinect傳感器技術(shù)。
[0003] 其中熱成像技術(shù)通過(guò)熱成像攝像機(jī)捕獲動(dòng)物表面的輪廓信息來(lái)重構(gòu)牲畜輪廓，但 是熱成像攝像機(jī)價(jià)格昂貴，且在重構(gòu)的過(guò)程中需要從視頻流中手動(dòng)分離相應(yīng)數(shù)據(jù)幀，無(wú)法 完全自動(dòng)化。
[0004] 而圖像處理技術(shù)在實(shí)施過(guò)程中首先獲取牲畜的圖像數(shù)據(jù)，然后使用算法對(duì)圖像數(shù) 據(jù)進(jìn)行提取，獲得牲畜的輪廓信息，再進(jìn)行重建。這種方法需要用到的設(shè)備簡(jiǎn)單且操作容 易，但獲取圖像數(shù)據(jù)時(shí)拍攝的角度對(duì)提取輪廓的影響很大，而且天氣和光照條件、背景和動(dòng) 物本身花色對(duì)其提取輪廓信息的影響也比較大，所以這種方法一般是對(duì)特定部位進(jìn)行三維 重構(gòu)，并沒(méi)有構(gòu)造整個(gè)動(dòng)物的輪廓。
[0005] Kinect傳感器技術(shù)使用主動(dòng)紅外測(cè)距方法測(cè)量深度信息，然后基于測(cè)量的深度信 息，進(jìn)行三維重構(gòu)，但是Kinect傳感器測(cè)量的準(zhǔn)確度嚴(yán)重受到環(huán)境光線(xiàn)的影響，所以對(duì)使用 環(huán)境有一定限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明為解決以上現(xiàn)有技術(shù)的難題，提供了一種基于軟激光測(cè)距的牲畜體型輪廓 重構(gòu)方法，該方法將牲畜的整體輪廓分為若干個(gè)身體部位，然后分別對(duì)每個(gè)身體部位建立 標(biāo)準(zhǔn)模板，然后使用對(duì)肉眼安全的軟激光技術(shù)來(lái)獲得牲畜輪廓點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并將獲得點(diǎn)云數(shù) 據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)模板進(jìn)行融合，得到重建的牲畜體型輪廓。這種方法得到的輪廓更為精準(zhǔn)且不需 要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的算法提取和計(jì)算，且不受外界環(huán)境干擾和影響。
[0007] 為實(shí)現(xiàn)以上發(fā)明目的，采用的技術(shù)方案是：
[0008] -種基于軟激光測(cè)距的牲畜體型輪廓重構(gòu)方法，將牲畜的整體輪廓分為若干個(gè)身 體部位，然后分別對(duì)每個(gè)身體部位建立標(biāo)準(zhǔn)模板，然后執(zhí)行以下步驟：
[0009] S1.將第一軟激光掃描頭、第二軟激光掃描頭、第三軟激光掃描頭分別設(shè)置在待重 構(gòu)的牲畜的前方、后方和上方，使其分別采集牲畜前部、后部和背部的輪廓信息，并以原始 深度矩陣4_〇1~ i、B_or i、和(3_〇1'i的形式輸出；
[0010] S2.將原始深度矩陣六_〇4、8_〇4、和(：_〇4、分別映射為三維0-1矩陣4、8和(：，其中 三維0-1矩陣A、B和C第三維度的坐標(biāo)值對(duì)應(yīng)二維矩陣中的深度測(cè)距值；
[0011] S3.通過(guò)幾何變換，將矩陣B、矩陣C轉(zhuǎn)化為第一軟激光掃描頭視角下的三維深度測(cè) 距矩陣A2、A3;
[0012] S4?輸出 S=A1+A2+A3，S 為點(diǎn)云數(shù)據(jù)；
[0013] S5.對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)根據(jù)所劃分的身體部位進(jìn)行劃分，并使經(jīng)過(guò)劃分的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與相 應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)模板進(jìn)行融合變形，實(shí)現(xiàn)牲畜的體型輪廓重建。
[0014] 優(yōu)選地，所述第一軟激光掃描頭、第二軟激光掃描頭設(shè)置在同一水平線(xiàn)上，兩者之 間的距離為L(zhǎng)，第三軟激光掃描頭設(shè)置在第一軟激光掃描頭、第二軟激光掃描頭的上方，第 三軟激光掃描頭與第一軟激光掃描頭之間的距離等于第三軟激光掃描頭與第二軟激光掃 描頭之間的距離，且第三軟激光掃描頭與第一軟激光掃描頭、第二軟激光掃描頭所形成的 水平線(xiàn)之間的垂直距離為0.5L。
[0015]優(yōu)選地，標(biāo)準(zhǔn)模板表示為11=(?3，1')，其中？表示頂點(diǎn)，￡表示邊，1'為三角形面片， 所述步驟S5中，融合變形的具體過(guò)程如下：
[0016] W =SM
[0017]其中,表示重構(gòu)的體型輪廓，5表示縮放因子矩陣，3=|^，87,82]，8\々，8 2分別是 X，Y，Z方向的縮放因子；
[0018] 融合變形的過(guò)程中S需要同時(shí)滿(mǎn)足輪廓性狀和點(diǎn)云頂點(diǎn)融合度的約束要求，所述 輪廓性狀采用如下目標(biāo)函數(shù)：
[0019] f total = Of scale+Pf pos
[0020] 其中，fsc；al(5表示邊的縮放，fpcis表示頂點(diǎn)位置約束，a，e分別表示邊約束和頂點(diǎn)約束 的權(quán)重；
[0022]其中，pii，pi〇和p' it)分別表不某條邊縮放前后的端點(diǎn)位置，G為擾動(dòng)項(xiàng)；
[0024]其中N。為變形后體型輪廓的頂點(diǎn)為點(diǎn)云的數(shù)目，Ns為標(biāo)準(zhǔn)模板頂點(diǎn)的數(shù)目；
[0025] 輪廓性狀和點(diǎn)云頂點(diǎn)融合度的約束要求具體表示如下：
[0026] min f(V) = (ftotal(V)，fmatch(V) ) 〇
[0027] 優(yōu)選地，所述方法將牲畜的整體輪廓分為頭部、左側(cè)、右側(cè)、四肢、臀部5個(gè)身體部 位。
[0028] 同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種體況評(píng)分方法，具體如下:使用以上重構(gòu)方法構(gòu)建牲畜 的體型輪廓，然后通過(guò)構(gòu)建的體型輪廓進(jìn)行評(píng)分，具體(1)或(2)所示：
[0029 ] (1)通過(guò)測(cè)量動(dòng)物構(gòu)建的體型輪廓的體高、體長(zhǎng)來(lái)反映牲畜的體型狀況，進(jìn)行評(píng) 分，具體如下：
[0030] 1)體高的測(cè)量通過(guò)轉(zhuǎn)化成求兩個(gè)特征點(diǎn)之間的距離，或者是點(diǎn)到面之間的距離進(jìn) 行求?。?br>[0031] 2)體長(zhǎng)的測(cè)量通過(guò)對(duì)構(gòu)建的動(dòng)物體型輪廓的頭部與后部的輪廓分析得到，具體為 分別構(gòu)建與頭部輪廓、后部輪廓外切的長(zhǎng)方形邊框，兩個(gè)長(zhǎng)方形邊框平行，由于三點(diǎn)可以確 定一個(gè)平面，所以在長(zhǎng)方形邊框上尋找與頭部輪廓或后部輪廓外切的三個(gè)特征點(diǎn)，分別為 mi(xi，yi，zi)、m2(X2，y2，Z2)和m3(X3，y3，Z3)，由于平面法向量與mim2和m3m2兩個(gè)向量均垂直， 則可確定平面法向量為：
[0032] n=mim2 Xm3m2
[0033] 向量n用(A，B，C)表示為，由已知點(diǎn)^(私^^山可知平面方程為：
[0034] A(x-xi)+B(y-yi)+C(z-zi) =0
[0035] 由此可以求得兩長(zhǎng)方形邊框最遠(yuǎn)的外切平面為：
[0036] Ax+By+Cz+d = 0
[0037] Ax+By+Cz+e = 0
[0038] 則體長(zhǎng)即為兩長(zhǎng)方形邊框的距離：
[0039] d = |d - e|/VAJTBrTc2
[0040] (2)通過(guò)測(cè)量動(dòng)物構(gòu)建的體型輪廓的腹部、臀部和背部的豐腴程度來(lái)反映牲畜的 體型情況，并進(jìn)行評(píng)分，具體如下：
[0041] 1)通過(guò)求取腹部、臀部和背部封閉輪廓線(xiàn)所圈面積來(lái)反映腹部、臀部和背部的豐 腴程度，首先將腹部、臀部和背部的三維輪廓投影到方格平面上，然后通過(guò)皮克公式計(jì)算封 閉輪廓線(xiàn)所圈面積，所圈面積為：
[0043] 其中n表示完全被封閉輪廓線(xiàn)包圍的方格的數(shù)目，m表示方格的面積，k表示與封閉 輪廓線(xiàn)相交的方格的數(shù)目，S表示封閉輪廓線(xiàn)所圈面積。
[0044] 2)通過(guò)求取腹部、臀部和背部輪廓線(xiàn)的光滑度來(lái)反映腹部、臀部和背部的豐腴程 度，將輪廓線(xiàn)中的多個(gè)特征點(diǎn)擬合成一條拋物線(xiàn)，通過(guò)求取真實(shí)輪廓線(xiàn)與拋物線(xiàn)的均方差 來(lái)反映輪廓線(xiàn)的光滑程度，來(lái)判斷動(dòng)物是否豐腴;具體如下:設(shè)三維輪廓線(xiàn)投射到特征平面 后成為二維輪廓線(xiàn)：
[0045] y=F(x)
[0046] 取二維輪廓線(xiàn)上A(xi，yi)、B(X2，y2)和C(X3，y3)三點(diǎn)為拋物線(xiàn)的頂點(diǎn)和與y軸相交 的兩點(diǎn)，則該拋物線(xiàn)一般方程可由三點(diǎn)代入求得
[0047] YP(x) =ax2+bx+c
[0048] 則輪廓線(xiàn)與拋物線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)差定義為MAE:
[0049] MAE = MeanfXg『似 。
【附圖說(shuō)明】
[0050] 圖1為第一軟激光掃描頭、第二軟激光掃描頭、第三軟激光掃描頭的設(shè)置示意圖。 [0051 ]圖2為重構(gòu)方法和評(píng)分方法的流程圖。
[0052]圖3為標(biāo)準(zhǔn)模板的層次結(jié)構(gòu)圖。
[0053]圖4皮克算法求取輪廓面積的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0054]附圖僅用于示例性說(shuō)明，不能理解為對(duì)本專(zhuān)利的限制；
[0055]以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的闡述。
[0056] 實(shí)施例1
[0057]如圖1所示，本發(fā)明使用到的三個(gè)軟激光掃描頭分別設(shè)置在待重構(gòu)的牲畜的前方、 后方和上方，其中，第一軟激光掃描頭、第二軟激光掃描頭設(shè)置在同一水平線(xiàn)上，兩者之間 的距離為L(zhǎng)，第三軟激光掃描頭設(shè)置在第一軟激光掃描頭、第二軟激光掃描頭的上方，第三 軟激光掃描頭與第一軟激光掃描頭之間的距離等于第三軟激光掃描頭與第二軟激光掃描 頭之間的距離，且第三軟激光掃描頭與第一軟激光掃描頭、第二軟激光掃描頭所形成的水 平線(xiàn)之間的垂直距離為0.5L。
[0058]如圖2所示，圖2為本發(fā)明的重構(gòu)方法的流程示意圖。第一軟激光掃描頭、第二軟激 光掃描頭、第三軟激光掃描頭分別采集牲畜前部、后部和背部的輪廓信息，并以原始深度矩 陣八_〇1'；1、13_〇1'；[、和(：_01'的形式輸出 ；然后將原始深度矩陣4_01'；[、13_01'；[、和(：_01'分別映射為 三維0-1矩陣A、B和C，其中三維0-1矩陣A、B和C第三維度的坐標(biāo)值對(duì)應(yīng)二維矩陣中的深度測(cè) 距值；
[0059] 然后通過(guò)下面的幾何轉(zhuǎn)換方法，將矩陣B、矩陣C轉(zhuǎn)化為第一軟激光掃描頭視角下 的三維深度測(cè)距矩陣A2、A3:
[0060] (1)矩陣B轉(zhuǎn)化為A2的幾何變換原理：
[0061]如圖1所示，以各個(gè)三維激光頭為坐標(biāo)原點(diǎn)，按照右手法則建立三維直角坐標(biāo)系。 將2號(hào)激光頭采集的三維深度測(cè)距矩陣B轉(zhuǎn)化為1號(hào)攝像頭視角下的深度測(cè)距矩陣A2的過(guò)程 可以分解為以下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0062] i.以正方體中心為旋轉(zhuǎn)中心，將2號(hào)激光頭連同正方體一起翻轉(zhuǎn)，使得2號(hào)激光頭 位于圖1中1號(hào)激光頭的位置，此時(shí)2號(hào)激光頭的坐標(biāo)系即為圖1中1號(hào)激光頭的坐標(biāo)系，而2 號(hào)激光頭采集的三維深度測(cè)距矩陣仍然是B;
[0063] ii.在當(dāng)前新的坐標(biāo)系（圖1中1號(hào)激光頭的坐標(biāo)系)下，正方體 [0064] a)先繞x軸旋轉(zhuǎn)0 = 180。，
[0065] b)再沿z方向平移AZ = 1,
[0066]即可變回初始位置。
[0067] 用（x，y，z)表示變換前的坐標(biāo)值，，/，乂）表示變換后的坐標(biāo)值，步驟a部分的 旋轉(zhuǎn)變換用矩陣表達(dá)為 (I 0 0 0^ ,,,,, 0 cos<9 sin 0 0
[0068] (.v , ,l)-(.v, v,zj) 0 -smy c'osy 0 v0 0 0 ly
[0069] 步驟b部分為平移運(yùn)算，可以用矩陣表達(dá)為 0 0 (f / , , ,、 0 I 0 0
[0070] J) = (.\.〇.，2.J) 0 0 1 0 ,0 0 / ly
[0071] 步驟ii總體的分量形式為
[0072] x7 =x
[0073] y/ =-y
[0074] z/ =~z+l
[0075] (2)矩陣C轉(zhuǎn)化為A3的幾何變換原理：
[0076]如圖1所示，以各個(gè)激光頭為坐標(biāo)原點(diǎn)，按照右手法則建立三維直角坐標(biāo)系。將3號(hào) 激光頭采集的三維深度測(cè)距矩陣C轉(zhuǎn)化為1號(hào)激光頭視角下的深度測(cè)距矩陣A3的過(guò)程可以 分解為以下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0077] i.以正方體中心為旋轉(zhuǎn)中心，將3號(hào)激光頭連同正方體一起翻轉(zhuǎn)，使得3號(hào)激光頭 位于圖1中1號(hào)激光頭的位置，此時(shí)3號(hào)激光頭的坐標(biāo)系即為圖1中1號(hào)激光頭的坐標(biāo)系，而3 號(hào)激光頭采集的三維深度測(cè)距矩陣仍然是C;
[0078] ii .在當(dāng)前新的坐標(biāo)系（圖1中1號(hào)攝像頭的坐標(biāo)系)下，正方體 [0079] a)先繞x軸旋轉(zhuǎn)0 = _9〇°，
[0080] b)再沿z方向平移
[0081] c)最后沿y方向平移
[0082]即可變回初始位置。
[0083]步驟b、c的平移運(yùn)算用矩陣表達(dá)為
[0085]步驟ii總體的分量形式為
[0089]綜上，步驟i i所對(duì)應(yīng)的核心算法分別為：
[0090] (1)B轉(zhuǎn)化為 A2
[0091] i7 =i
[0092] j7 =n+l-j
[0093] k7 =n+l~k
[0094] (2)C轉(zhuǎn)化為 A3
[0095] i7 =n+l-k
[0096] f =j
[0097] k7 =i
[0098] 其中（i，j，k)表示變換前的矩陣指標(biāo)，（V，y，ky表示變換后的矩陣指標(biāo)。
[0099]完成以上幾何變換之后，輸出點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行三維點(diǎn)云重構(gòu)，具體如下：
[0100]點(diǎn)云重建是對(duì)同一視點(diǎn)坐標(biāo)系下的點(diǎn)云數(shù)據(jù)散亂的、無(wú)規(guī)則的點(diǎn)進(jìn)行三角網(wǎng)格 化，反映出真實(shí)的場(chǎng)景。本發(fā)明的方法首先對(duì)牲畜的形體各部分進(jìn)行分解，將較為復(fù)雜的牲 畜形體解析成不同區(qū)域組成。畜牧類(lèi)動(dòng)物的某些關(guān)鍵部位如頭部和腿部，形狀較為復(fù)雜，曲 率變化大，腹部，背部和臀部性狀較為簡(jiǎn)單，曲率變化不大。然后對(duì)牲畜不同身體部位建立 不同標(biāo)準(zhǔn)模板，將三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)按區(qū)域劃分與不同標(biāo)準(zhǔn)模板建立映射關(guān)系，以不同標(biāo)準(zhǔn)模 板向點(diǎn)云演化形變來(lái)構(gòu)建牲畜三維形體重構(gòu)，以此提高三維構(gòu)建的效率，減少構(gòu)建是變形 引起的誤差。采用圖1的分解方式，將牲畜體型分成頭部、左側(cè)、右側(cè)、四肢、臀部五個(gè)部分， 具體如圖3所示。
[0101] 其中，如圖3所示，標(biāo)準(zhǔn)模板的層次結(jié)構(gòu)包括輪廓線(xiàn)、拼接線(xiàn)、特征點(diǎn)，其作用分別 如下：
[0102] 輪廓線(xiàn):不同造型模板的輪廓線(xiàn)。
[0103] 拼接線(xiàn):將不同部件連接在一起的特征線(xiàn)。
[0104] 特征點(diǎn)：用于輔助牲畜形體特定部位的結(jié)構(gòu)點(diǎn)。
[0105] 其中，標(biāo)準(zhǔn)模板可抽象表示11=(?3，1')，其中？表示頂點(diǎn)，￡表示邊，1'為三角形面 片。融合變形的過(guò)程中，標(biāo)準(zhǔn)模型尺寸進(jìn)行調(diào)整時(shí)，一般采用沿長(zhǎng)、寬、高三個(gè)方向行等比例 或者不等比例縮放的方法。設(shè)3表示縮放因子矩陣，3=[8\，8\，8 2]，8\，8\，82分別是父，￥，2方 向的縮放因子。變形后的模型M'lSM。要保持輪廓的主要形狀特征，特別要嚴(yán)格滿(mǎn)足一些重 要的形狀細(xì)節(jié)特征，就需要點(diǎn)云數(shù)據(jù)在驅(qū)動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)模板變形時(shí)，需要同時(shí)滿(mǎn)足輪廓性狀和點(diǎn) 云頂點(diǎn)融合度的約束要求。
[0106] 其中，所述輪廓性狀采用如下目標(biāo)函數(shù)：
[0107] f total = Of scale+Pf pos
[0108] 其中，^。^表示邊的縮放，fpcis表示頂點(diǎn)位置約束，a分別表示邊約束和頂點(diǎn)約束 的權(quán)重；
[0110]其中，Pil，Pit)和p' ilY it)分別表不某條邊縮放前后的端點(diǎn)位置，G為擾動(dòng)項(xiàng)；
[0112]其中N。為變形后體型輪廓的頂點(diǎn)為點(diǎn)云的數(shù)目，Ns為標(biāo)準(zhǔn)模板頂點(diǎn)的數(shù)目，其輪廓 性狀和點(diǎn)云頂點(diǎn)融合度的約束要求具體表示如下：
[0113] min f(V) = (ftotal(V)，fmatch(V) ) 〇
[0114] 實(shí)施例2
[0115] 本發(fā)明還提供了一種基于以上重構(gòu)方法的體況評(píng)分方法，具體如下：使用重構(gòu)方 法構(gòu)建牲畜的體型輪廓，然后通過(guò)構(gòu)建的體型輪廓進(jìn)行評(píng)分，具體(1)或(2)所示：
[0116] (1)通過(guò)測(cè)量動(dòng)物構(gòu)建的體型輪廓的體高、體長(zhǎng)來(lái)反映牲畜的體型狀況，進(jìn)行評(píng) 分，具體如下：
[0117] 1)體高的測(cè)量通過(guò)轉(zhuǎn)化成求兩個(gè)特征點(diǎn)之間的距離，或者是點(diǎn)到面之間的距離進(jìn) 行求??；
[0118] 2)體長(zhǎng)的測(cè)量通過(guò)對(duì)構(gòu)建的動(dòng)物體型輪廓的頭部與后部的輪廓分析得到，具體為 分別構(gòu)建與頭部輪廓、后部輪廓外切的長(zhǎng)方形邊框，兩個(gè)長(zhǎng)方形邊框平行，由于三點(diǎn)可以確 定一個(gè)平面，所以在長(zhǎng)方形邊框上尋找與頭部輪廓或后部輪廓外切的三個(gè)特征點(diǎn)，分別為 mi(xi，yi，zi)、m2(X2，y2，Z2)和m3(X3，y3，Z3)，由于平面法向量與mim2和m3m2兩個(gè)向量均垂直， 則可確定平面法向量為：
[0119] n=mim2 Xm3m2
[0120] 向量n用(A，B，C)表示為，由已知點(diǎn)^(私^^山可知平面方程為：
[0121] A(x-xi)+B(y-yi)+C(z-zi) =0
[0122] 由此可以求得兩長(zhǎng)方形邊框最遠(yuǎn)的外切平面為：
[0123] Ax+By+Cz+d = 0
[0124] Ax+By+Cz+e = 0
[0125] 則體長(zhǎng)即為兩長(zhǎng)方形邊框的距離：
[0126] d = |d - e|/v，A2 + B2 -f- C2
[0127] (2)通過(guò)測(cè)量動(dòng)物構(gòu)建的體型輪廓的腹部、臀部和背部的豐腴程度來(lái)反映牲畜的 體型情況，并進(jìn)行評(píng)分，具體如下：
[0128] 1)通過(guò)求取腹部、臀部和背部封閉輪廓線(xiàn)所圈面積來(lái)反映腹部、臀部和背部的豐 腴程度，首先將腹部、臀部和背部的三維輪廓投影到方格平面上，然后通過(guò)皮克公式計(jì)算封 閉輪廓線(xiàn)所圈面積，具體如圖4所示，所圈面積為：
[0130] 其中n表示完全被封閉輪廓線(xiàn)包圍的方格的數(shù)目，m表示方格的面積，k表示與封閉 輪廓線(xiàn)相交的方格的數(shù)目，S表示封閉輪廓線(xiàn)所圈面積。
[0131] 2)通過(guò)求取腹部、臀部和背部輪廓線(xiàn)的光滑度來(lái)反映腹部、臀部和背部的豐腴程 度，將輪廓線(xiàn)中的多個(gè)特征點(diǎn)擬合成一條拋物線(xiàn)，通過(guò)求取真實(shí)輪廓線(xiàn)與拋物線(xiàn)的均方差 來(lái)反映輪廓線(xiàn)的光滑程度，來(lái)判斷動(dòng)物是否豐腴;具體如下:設(shè)三維輪廓線(xiàn)投射到特征平面 后成為二維輪廓線(xiàn)：
[0132] y=F(x)
[0133]取二維輪廓線(xiàn)上A(xi，yi)、B(X2，y2)和C(X3，y3)三點(diǎn)為拋物線(xiàn)的頂點(diǎn)和與y軸相交 的兩點(diǎn)，則該拋物線(xiàn)一般方程可由三點(diǎn)代入求得
[0134] YP(x) =ax2+bx+c
[0135] 則輪廓線(xiàn)與拋物線(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)差定義為MAE:
[0136] MAE = Mean^Zo^ABSlF^x) - Vp(x))2)6
[0137] 顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì) 本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可 以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)需也無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡在本 發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明權(quán)利要求 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于軟激光測(cè)距的牲畜體型輪廓重構(gòu)方法，其特征在于:將牲畜的整體輪廓分 為若干個(gè)身體部位，然后分別對(duì)每個(gè)身體部位建立標(biāo)準(zhǔn)模板，然后執(zhí)行W下步驟： SI.將第一軟激光掃描頭、第二軟激光掃描頭、第=軟激光掃描頭分別設(shè)置在待重構(gòu)的 牲畜的前方、后方和上方，使其分別采集牲畜前部、后部和背部的輪廓信息，并W原始深度 矩陣4_〇'1、8_〇'1、和(：_〇'1的形式輸出； S2 .將原始深度矩陣A_ori、B_ori、和C_ori分別映射為S維0-1矩陣A、B和C，其中S維 0-1矩陣A、B和C第=維度的坐標(biāo)值對(duì)應(yīng)二維矩陣中的深度測(cè)距值；53. 通過(guò)幾何變換，將矩陣B、矩陣C轉(zhuǎn)化為第一軟激光掃描頭視角下的=維深度測(cè)距矩 陣A2、A3;54. 輸出S=A1 +A2+A3，S為點(diǎn)云數(shù)據(jù)；55. 對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)根據(jù)所劃分的身體部位進(jìn)行劃分，并使經(jīng)過(guò)劃分的點(diǎn)云數(shù)據(jù)與相應(yīng)的 標(biāo)準(zhǔn)模板進(jìn)行融合變形，實(shí)現(xiàn)牲畜的體型輪廓重建。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于軟激光測(cè)距的牲畜體型輪廓重構(gòu)方法，其特征在于:所述 第一軟激光掃描頭、第二軟激光掃描頭設(shè)置在同一水平線(xiàn)上，兩者之間的距離為L(zhǎng)，第=軟 激光掃描頭設(shè)置在第一軟激光掃描頭、第二軟激光掃描頭的上方，第=軟激光掃描頭與第 一軟激光掃描頭之間的距離等于第=軟激光掃描頭與第二軟激光掃描頭之間的距離，且第 =軟激光掃描頭與第一軟激光掃描頭、第二軟激光掃描頭所形成的水平線(xiàn)之間的垂直距離 為0.化。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于軟激光測(cè)距的牲畜體型輪廓重構(gòu)方法，其特征在于:標(biāo)準(zhǔn) 模板表示為M= (P，E，T)，其中P表示頂點(diǎn)，E表示邊，T為=角形面片，所述步驟S5中，融合變 形的具體過(guò)程如下： M' =SM 其中表示重構(gòu)的體型輪廓，S表示縮放因子矩陣，S=レx，Sy，Sz]，Sx，Sy，Sz分別是X，Y， Z方向的縮放因子； 融合變形的過(guò)程中S需要同時(shí)滿(mǎn)足輪廓性狀和點(diǎn)云頂點(diǎn)融合度的約束要求，所述輪廓 性狀采用如下目標(biāo)函數(shù)： f tcrtal 一 口f scale+0f pos 其中，fscale表示邊的縮放，fpDS表示頂點(diǎn)位置約束，a, 0分別表示邊約束和頂點(diǎn)約束的權(quán) 重；其中，Pil,PiO和1日分別表示某條邊縮放前后的端點(diǎn)位置，G為擾動(dòng)項(xiàng)； 點(diǎn)云頂點(diǎn)融合度采用如下目標(biāo)函數(shù)：其中N。為變形后體型輪廓的頂點(diǎn)為點(diǎn)云的數(shù)目，化為標(biāo)準(zhǔn)模板頂點(diǎn)的數(shù)目； 輪廓性狀和點(diǎn)云頂點(diǎn)融合度的約束要求具體表示如下： min f(V) = (ftotal(V)，fmatch(V))。4. 根據(jù)權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的基于軟激光測(cè)距的牲畜體型輪廓重構(gòu)方法，其特征 在于:所述方法將牲畜的整體輪廓分為頭部、左側(cè)、右側(cè)、四肢、臀部5個(gè)身體部位。5. -種體況評(píng)分方法，其特征在于:使用權(quán)利要求1~4任一項(xiàng)所述方法構(gòu)建牲畜的體 型輪廓，然后通過(guò)構(gòu)建的體型輪廓進(jìn)行評(píng)分，具體(1)或(2)所示： (1) 通過(guò)測(cè)量動(dòng)物構(gòu)建的體型輪廓的體高、體長(zhǎng)來(lái)反映牲畜的體型狀況，進(jìn)行評(píng)分，具 體如下： 1) 體高的測(cè)量通過(guò)轉(zhuǎn)化成求兩個(gè)特征點(diǎn)之間的距離，或者是點(diǎn)到面之間的距離進(jìn)行求 取； 2) 體長(zhǎng)的測(cè)量通過(guò)對(duì)構(gòu)建的動(dòng)物體型輪廓的頭部與后部的輪廓分析得到，具體為分別 構(gòu)建與頭部輪廓、后部輪廓外切的長(zhǎng)方形邊框，兩個(gè)長(zhǎng)方形邊框平行，由于=點(diǎn)可W確定一 個(gè)平面，所W在長(zhǎng)方形邊框上尋找與頭部輪廓或后部輪廓外切的=個(gè)特征點(diǎn)，分別為mi(xi， yl，zl)、m2(X2，y2，Z2)和m3(X3，y3，Z3)，由于平面法向量與mlm2和m3m2兩個(gè)向量均垂直，卯兩確 定平面法向量為： n=虹m2 X 郵m2 向量n用(A，B，C)表不為，由已知點(diǎn)mi(xi，yi，zi)，可知平面方程為： A(x-xi)+B(y-yi)+C(z-zi) = O 由此可W求得兩長(zhǎng)方形邊框最遠(yuǎn)的外切平面為： Ax+By+Cz+d = 0 Ax+By+Cz+e = 0 則體長(zhǎng)即為兩長(zhǎng)方形邊框的距離：(2) 通過(guò)測(cè)量動(dòng)物構(gòu)建的體型輪廓的腹部、臀部和背部的豐腺程度來(lái)反映牲畜的體型 情況，并進(jìn)行評(píng)分，具體如下： 1) 通過(guò)求取腹部、臀部和背部封閉輪廓線(xiàn)所圈面積來(lái)反映腹部、臀部和背部的豐腺程 度，首先將腹部、臀部和背部的=維輪廓投影到方格平面上，然后通過(guò)皮克公式計(jì)算封閉輪 廓線(xiàn)所圈面積，所圈面積為：其中n表示完全被封閉輪廓巧化巧W々祗W甄曰，m巧示方格的面積，k表示與封閉輪廓 線(xiàn)相交的方格的數(shù)目，S表示封閉輪廓線(xiàn)所圈面積。 2) 通過(guò)求取腹部、臀部和背部輪廓線(xiàn)的光滑度來(lái)反映腹部、臀部和背部的豐腺程度，將 輪廓線(xiàn)中的多個(gè)特征點(diǎn)擬合成一條拋物線(xiàn)，通過(guò)求取真實(shí)輪廓線(xiàn)與拋物線(xiàn)的均方差來(lái)反映 輪廓線(xiàn)的光滑程度，來(lái)判斷動(dòng)物是否豐腺;具體如下:設(shè)=維輪廓線(xiàn)投射到特征平面后成為 二維輪廓線(xiàn)： Y = F(X) 取二維輪廓線(xiàn)上4^1，71)、8^2,72)和(：^3,73)^點(diǎn)為拋物線(xiàn)的頂點(diǎn)和與7軸相交的兩 點(diǎn)，則該拋物線(xiàn)一般方程可由=點(diǎn)代入求得 Yp(X) =ax2+bx+c 則輪廓線(xiàn)與拋物
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK105913444SQ201610289390
【公開(kāi)日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年5月3日
【發(fā)明人】尹令, 劉財(cái)興, 李嬌嬌, 吳賢奇
【申請(qǐng)人】華南農(nóng)業(yè)大學(xué)