(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221086196 6.9 (22)申请日 2022.07.21 (71)申请人 新疆理工学院 地址 843100 新疆维吾尔自治区阿克 苏地 区温宿县学府西路1号 (72)发明人 马保建　陈棒棒　刘向东　蒋焕煜　 (74)专利代理 机构 杭州求是专利事务所有限公 司 33200 专利代理师 林超 (51)Int.Cl. G06T 17/00(2006.01) G06V 10/26(2022.01) G06V 10/82(2022.01) G06Q 50/02(2012.01) G06N 3/08(2006.01)G06N 3/04(2006.01) (54)发明名称 一种休眠期枣树修剪枝点云参数自动提取 方法 (57)摘要 本发明公开了一种休眠期枣树修剪枝点云 参数自动提取方法。 首先对单个修剪枝的三维点 云进行主成分分析， 依据求得最大特征值对应的 特征向量即单个修剪枝三维点云的主方向。 然后 沿着主方向对三维点云进行切段， 利用形心法求 取每段三维点云分段两端面处的中心点坐标， 依 据每段的中心点坐标进行曲线拟合； 同时利用两 端面处的中心点坐标计算每段三维点云分段的 方向向量； 把此段三维点云依据方向向量进行投 影， 对投影后的三维点云分段利用最小二乘法进 行圆拟合， 得到该段点云的半径值。 最后依据该 半径值进行圆柱拟合， 对获取的所有圆柱半径值 求平均计算修剪枝点云的直径大小。 本发明为后 续修剪机器人的剪枝点自动定位 提供依据。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115205464 A 2022.10.18 CN 115205464 A 1.一种休眠期枣树修剪枝点云参数自动提取方法， 其特征在于： 所述方法包括以下步 骤： 步骤1)： 首先对枣树单个修剪枝(2 ‑1)的三维点云数据进行归一化处理， 然后对归一化 处理后的三 维点云数据建立协方差矩阵， 且对建立好的协方差矩阵进 行奇异值分解确定单 个修剪枝(2 ‑1)的三维点云的特征值以及特征值对应的特征向量， 最后选取最大特征值对 应的特征向量作为该 单个修剪枝(2 ‑1)的三维点云主方向(3 ‑1)； 步骤2)： 沿着单个修剪枝(2 ‑1)的三维点云主方向(3 ‑1)对单个修剪枝(2 ‑1)的三维点 云进行平均切段获得多段三 维点云分段， 然后利用形心法分别求取每段三维点云分段各自 两端面处三维点云的中心点 坐标； 步骤3)： 根据步骤2)获得的多段三维点云分段的中心点坐标组成的集合， 对单个修剪 枝(2‑1)进行曲线拟合， 得到单个修剪枝(2 ‑1)的拟合长度； 步骤4)： 根据步骤2)获得的中心点坐标计算每段三维点云分段的方向向量， 确定每段 三维点云分段 的方向， 然后把每段三维点云分段投影在自身的方向上， 再对投影后的每段 三维点云分段利用最小二乘法进行圆柱拟合， 得到每段三维点云分段待拟合圆柱的半径 值， 最后利用获得半径值对三维点云分段进行圆柱拟合， 求平均计算单个修剪枝(2 ‑1)的拟 合直径。 2.根据权利要求1所述的一种休眠期枣树 修剪枝点云参数自动提取 方法， 其特 征在于： 所述步骤1)具体为： 1.1)首先对单个修剪枝(2 ‑1)三维点云数据进行归一化处理获得单个修剪枝(2 ‑1)的 三维点云的协方差矩阵； 所述归一 化处理具体通过以下公式进行： 其中， Xi为单个修剪枝(2 ‑1)三维点云的数据集， 且Xi∈Rn， Rn为可测集， 为m个单个修 剪枝(2‑1)三维点云 的数据集的均值， m为进行归一化处理的单个修剪枝(2 ‑1)三维点云 的 数据集的个数， 为单个修剪枝(2 ‑1)三维点云的数据集的样本均 值， 为单个修剪枝(2 ‑ 1)的三维点云的样本均值 集合； 1.2)对协方差矩阵进行奇异值分解获得分解矩阵， 再根据分解矩阵得到三维点云的特 征值以及三维点云的特 征值对应的特 征向量， 所述分解矩阵具体通过以下公式进行计算： 其中， H为协方差矩阵， 为单个修剪枝(2 ‑1)三维点云的样本均值集合的旋 转矩阵， Ur 为对协方差矩阵进行奇异值分解获得的分解矩阵， 为分解矩阵的逆矩阵； 1.3)依据分解矩阵确定单个修剪枝(2 ‑1)的三维点云的最大特征值对应的特征向量， 最大特征值对应的特征向量作为修剪枝的三维点云的主成分， 即可得到单个修剪枝(2 ‑1)权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115205464 A 2的三维点云主方向(3 ‑1)。 3.根据权利要求1所述的一种休眠期枣树 修剪枝点云参数自动提取 方法， 其特 征在于： 所述步骤2)具体为： 沿着三维点云主方向(3 ‑1)对单个修剪枝(2 ‑1)的三维点云进行切段， 获得多段三维点 云分段， 然后利用形心法计算每段三维点云分段两端面处三维点云的中心点坐标， 具体通 过以下公式进行计算： 其中， xc、 yc分别为每段三维点云分段两端面处三维点云的中心点坐标的横坐标与纵坐 标， xi、 yi为每段三维点云分段两端面 上各个三维点云的横坐 标与纵坐标， N为三维点云分段 端面上三维点云的数量。 4.根据权利要求1所述的一种休眠期枣树修剪枝点云参数自动 提取方法， 其特征在于： 所述步骤3)中单个修剪枝(2 ‑1)的拟合长度主 要通过以下公式计算： 其中， L为单个修剪枝(2 ‑1)的长度， Li为每段三维点云 分段待拟合圆柱的长度； 其中， 为每段三维点云 分段待拟合圆柱的长度Li具体通过以下公式确定： 其中， xci、 yci为第i段三维点云分段一个端 面处三维点 云的中心点坐标的横坐标与纵坐 标， xci‑1、 yci‑1为第i段三维点云分段另一个端面处三维点云的中心点坐标的横坐标与纵坐 标。 5.根据权利要求1所述的一种休眠期枣树修剪枝点云参数自动 提取方法， 其特征在于： 所述步骤4)中单个修剪枝(2 ‑1)的拟合 直径主要通过以下公式确定： 其中， D为单个修剪枝(2 ‑1)的拟合直径， Ri为每段三维点云分段待拟合圆柱的半径值， M 为单个修剪枝(2 ‑1)的切段 数量。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115205464 A 3