基于骨架点的矮化密植枣树三维点云自动配准

为了实现枣园的自动化管理,针对枣树自动化选择性冬剪作业要求,需要重建出矮化密植无叶枣树枝干的三维模型。利用2台固定的Azure Kinect DK深度相机搭建获取枣树点云信息的三维重建系统平台,然后把系统平台逆时针旋转55°获取同一棵枣树的另一帧三维点云信息。为了自动完成2帧点云的配准,提出了基于骨架点的枣树点云配准方法:首先利用FPFH特征描述子计算骨架点的特征向量,并采用SAC-IA(采样一致性)算法对2个视角下的枣树骨架点云进行初始匹配;其次利用经典的ICP算法对初始位姿进行优化;最终只采用2个视角下的点云重建枣树枝干的三维模型。实验对比了在3种典型自然环境下(晴天、阴天、夜间)枣树点云的配准精度和配准时间,结果表明:晴天时对采集系统有一定的影响,使得配准后的枣树枝干有部分不完整;阴天和夜间对采集系统影响小,能够重建出完整的枣树枝干;相对于阴天和夜间,晴天时,枣树点云配准耗时最少,为0.09 s,而配准误差最大,其拟合分数为0.000 29;阴天时,枣树点云配准时间介于晴天和夜间之间,为0.12 s,而此时配准误差最小,其拟合分数为0.000 11;夜间配准误差介于晴天和阴天,且此时配准时间最长,为0.16 s。