基于bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的番茄植株建模方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明實施例涉及計算機圖形處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 的番前植株建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域的場景仿真需要大量的三維植物模型。但由于植物結(jié)構(gòu)復(fù)雜、種類 多樣、莖葉遮擋嚴(yán)重，其三維建模是該領(lǐng)域的難點和熱點問題。
[0003] 目前的植物建模方法大體可分為以下四大類：
[0004] 第一類是基于植物學(xué)知識對植物形態(tài)進(jìn)行建模的方法。這類方法主要考慮植物生 長規(guī)律，如Lindenmayer提出的L系統(tǒng)。
[0005] 第二類是基于圖像的植物建模方法。這類方法以植物圖片作為輸入信息，通過各 種視覺重建方法構(gòu)建植物模型，如2006年Quan提出的植物建模方法。
[0006] 第三類是基于三維掃描的植物建模方法。這類方法以三維掃描數(shù)據(jù)作為輸入構(gòu)建 植物模型，如2011年Livny提出的樹木建模方法。
[0007] 第四類是基于手工交互的植物建模方法。這類方法以用戶勾畫的二維草圖作為輸 入，或通過三維交互直接控制輸出的三維模型形狀，如2005年Okabe提出的植物建模方法 和2009年Wither提出的樹木建模方法。
[0008] 基于生長機理的方法適用于生長模擬，農(nóng)業(yè)分析等，但是一般需要調(diào)整參數(shù)，不便 于控制輸出，因此不適用于真實植物建模；基于三維掃描的方法以植物的三維掃描數(shù)據(jù)作 為輸入，幾何信息豐富，精度高，適用于對模型精度要求較高的應(yīng)用，但三維掃描設(shè)備價錢 昂貴，掃描過程花費時間較長，三維數(shù)據(jù)量大，不適于快速建模；基于圖像的方法輸入信息 獲取方便，建模方法靈活，可適用于各種精度要求的應(yīng)用，但它比基于三維掃描的建模方法 精度低；基于手工交互的方法是一種更加靈活的方法，可用于植物模型的快速建模，但真實 感差。
[0009] 番茄植株的建模屬于植物建模的范疇，目前比較常用的技術(shù)是基于植物學(xué)知識特 別是數(shù)學(xué)模型的三維建模，如番茄Greenlab模型，以及基于視覺方法重建部分器官結(jié)構(gòu)， 再通過模板拼裝形成整體模型?；跀?shù)學(xué)模型的三維建模適用于功能模擬，形態(tài)模擬的真 實感較差，而基于視覺的重建構(gòu)造的植株結(jié)構(gòu)過于簡單。
[0010] 有鑒于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 本發(fā)明實施例提供一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的番茄植株建模方法，其至少部分地解 決了如何實現(xiàn)番茄植株的快速、真實感建模的技術(shù)問題。
[0012] 為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的番茄植 株建模方法，該方法可以包括以下步驟：
[0013] 步驟S1、基于用戶在單幅番茄植株圖像上勾勒的主莖，構(gòu)建二維主莖；
[0014] 步驟S2、基于所述用戶在所述單幅番茄植株圖像上勾勒的冠形輪廓，通過對所述 用戶在所述單幅番茄植株圖像上勾勒的主莖進(jìn)行復(fù)制、矯正和旋轉(zhuǎn)，構(gòu)建三維主莖；
[0015] 步驟S3、根據(jù)所述三維主莖的參數(shù)，構(gòu)建并訓(xùn)練一 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；
[0016] 步驟S4、基于所述用戶在單幅番茄植株圖像上勾勒的冠形輪廓，通過所述BP神經(jīng) 網(wǎng)絡(luò)預(yù)測側(cè)莖參數(shù)，并利用自相似原理產(chǎn)生側(cè)莖；
[0017] 步驟S5、基于葉子模型，為側(cè)莖添加葉子，得到完整植株。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案至少具有以下有益效果：
[0019] 本發(fā)明實施例提出了一種基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的番茄植株快速建模方法。本發(fā)明實 施例與前人方法的區(qū)別主要體現(xiàn)在三維信息的獲取不是通過圖像配準(zhǔn)、相機標(biāo)定和視覺重 建，而是通過二維主莖的有效變換實現(xiàn)，即：基于用戶在單幅番茄植株圖像上勾勒的主莖來 構(gòu)建二維主莖，然后對二維主莖進(jìn)行復(fù)制、矯正和旋轉(zhuǎn)，以構(gòu)建三維主莖，然后通過三維主 莖來構(gòu)建并訓(xùn)練一 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，又通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來預(yù)測側(cè)莖參數(shù)，并通過自相似原理產(chǎn) 生側(cè)莖，最后為側(cè)莖添加葉子，從而得到完整植株。實驗表明，本發(fā)明實施例構(gòu)造的番茄植 株模型保留了二維輸入信息，不需要圖像配準(zhǔn)和參數(shù)調(diào)節(jié)，并具有真實感。本發(fā)明實施例所 獲得的建模結(jié)果能用于虛擬現(xiàn)實的場景仿真應(yīng)用中。
【附圖說明】
[0020] 附圖作為本發(fā)明的一部分，用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步的理解，本發(fā)明的示意性 實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，但不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。顯然，下面描述中的附圖 僅僅是一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。在附圖中：
[0021] 圖1為根據(jù)一示例性實施例示出的基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的番茄植株建模方法的流程 圖；
[0022] 圖2a為根據(jù)一示例性實施例示出的當(dāng)前骨架點：0、D和G ;
[0023] 圖2b為根據(jù)一示例性實施例示出的0的8近鄰和16近鄰示意圖；
[0024] 圖2c為根據(jù)一示例性實施例示出的16近鄰聚類示意圖；
[0025] 圖2d為根據(jù)一示例性實施例示出的外部有效組和內(nèi)部有效像素示意圖；
[0026] 圖2e為根據(jù)一示例性實施例示出的確定新的骨架點A和C的示意圖；
[0027] 圖2f為根據(jù)一示例性實施例示出的連接新骨架點的示意圖；
[0028] 圖3為根據(jù)一示例性實施例示出的二維主莖的復(fù)制所使用的坐標(biāo)系；
[0029] 圖4為根據(jù)一示例性實施例示出的所構(gòu)建的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)示意性結(jié)構(gòu)；
[0030] 圖5a為根據(jù)一示例性實施例示出的輸入圖像1 ;
[0031] 圖5b為根據(jù)一示例性實施例示出的用戶勾勒的草圖1 ;
[0032] 圖5c為根據(jù)一示例性實施例示出的三維模型1 ;
[0033] 圖5d為根據(jù)一示例性實施例示出的輸入圖像2 ;
[0034] 圖5e為根據(jù)一示例性實施例示出的用戶勾勒的草圖2 ;
[0035] 圖5f為根據(jù)一示例性實施例示出的三維模型2 ;
[0036] 圖5g為根據(jù)一示例性實施例示出的輸入圖像3 ;
[0037] 圖5h為根據(jù)一示例性實施例示出的勾勒草圖3 ;
[0038] 圖5i為根據(jù)一示例性實施例示出的三維模型3。
【具體實施方式】
[0039] 下面結(jié)合附圖以及具體實施例對本發(fā)明實施例解決的技術(shù)問題、所采用的技術(shù)方 案以及實現(xiàn)的技術(shù)效果進(jìn)行清楚、完整的描述。顯然，所描述的實施例僅僅是本申請的一部 分實施例，并不是全部實施例?；诒旧暾堉械膶嵤├绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造 性勞動的前提下，所獲的所有其它等同或明顯變型的實施例均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。 本發(fā)明實施例可以按照權(quán)利要求中限定和涵蓋的多種不同方式來具體化。
[0040] 需要說明的是，在下面的描述中，為了方便理解，給出了許多具體細(xì)節(jié)。但是很明 顯，本發(fā)明的實現(xiàn)可以沒有這些具體細(xì)節(jié)。
[0041] 需要說明的是，在沒有明確限定或不沖突的情況下，本發(fā)明中的各個實施例及其 中的技術(shù)特征可以相互組合而形成技術(shù)方案。
[0042] 本發(fā)明實施例的核心思想在于，三維信息的獲取通過二維莖的有效變換實現(xiàn)，通 過主莖參數(shù)訓(xùn)練得到BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，側(cè)莖參數(shù)由BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測得到，使得側(cè)莖建模更加合 理。
[0043] 圖1是根據(jù)一示例性實施例示出的基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的番茄植株建模方法的流程 圖。如圖1所示，該方法包括步驟Sl至步驟S5。
[0044] 步驟S1、基于用戶在單幅番茄植株圖像上勾勒的主莖，構(gòu)建二維主莖。
[0045] 在該步驟中，對于拍攝的或從網(wǎng)上下載的單幅植物圖片，只要人眼能夠分辨出植 株形狀都可用于勾勒。用戶在單幅番茄植株圖像上勾勒出主莖和冠形輪廓的過程大約需要 2-3分鐘。
[0046] 優(yōu)選地，本發(fā)明實施例采用的二維主莖提取方法，可用于從用戶勾勒的草圖上的 單像素筆畫中提取二維主莖。
[0047] 在一個優(yōu)選的實施例中，提取二維主莖的具體過程如下：
[0048] 從單像素筆畫中提取二維主莖的方法適用