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基于红外热成像与激光三维表型耦合法的菜苔水分胁迫研究
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作者 杨铮 王沛芳 +1 位作者 饶磊 赵少欣 《节水灌溉》 北大核心 2025年第5期15-20,共6页
作物的三维形态和生理指标可以反映自身生理干旱特征。为探究受水分胁迫作物的植株形态变化、叶面温度变化及空间分布特征,利用红外热成像与激光三维表型耦合法,开展水分胁迫条件下菜苔形态、叶气温差和垂向温度偏离指数研究。结果表明... 作物的三维形态和生理指标可以反映自身生理干旱特征。为探究受水分胁迫作物的植株形态变化、叶面温度变化及空间分布特征,利用红外热成像与激光三维表型耦合法,开展水分胁迫条件下菜苔形态、叶气温差和垂向温度偏离指数研究。结果表明,植株平均高度与叶气温差均呈现先快后慢的降低趋势;基于红外温度与三维点云的融合数据集,提出垂向温度偏离指数,该指数在水分胁迫中呈现先缓慢后大幅度升高的变化趋势,与植株含水率具有较好的吻合度,大于1.5时菜苔已产生不可恢复的生理损伤,实现对作物水分胁迫状态的快速评估与预警。 展开更多
关键词 水分胁迫 红外热成像 激光三维表型 数据融合 空间分布特征 垂向温度偏离指数
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基于多视角图像的作物果实三维表型重建 被引量:13
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作者 杨会君 王瑞萍 +1 位作者 王增莹 王昕 《南京师大学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2021年第2期92-103,共12页
针对基于激光扫描设备获取点云存在操作复杂、成本高、难以被普及等问题,本文研究了基于普通图像的复杂背景中作物果实三维表型重建.我们建立了集SFM算法、PMVS算法以及半自动化去噪方法的优势为一体的三维重建架构.以一组多视角目标作... 针对基于激光扫描设备获取点云存在操作复杂、成本高、难以被普及等问题,本文研究了基于普通图像的复杂背景中作物果实三维表型重建.我们建立了集SFM算法、PMVS算法以及半自动化去噪方法的优势为一体的三维重建架构.以一组多视角目标作物果实二维图片为输入源,首先基于SIFT算子的比例和旋转不变性参数,提取多幅二维图像特征信息.其次,结合FLANN算法实现不同角度的数据匹配,并提出了基于二维图像关键点和相机参数等信息的稀疏点云快速生成方法.然后,基于PMVS初始特征匹配的种子面片提取、扩散获取密集面片,进一步利用可见性约束过滤不正确匹配导致的错误面片,以实现复杂果实点云模型生成.最后,我们提出了交互式选择和滤波器相结合的、半自动化的果实表型离群点去除方法,解决了作物果实模型的准确重建问题.结果表明,本文的方法能有效解决复杂实验环境中果实表型数据的低成本、准确、方便快捷获取问题. 展开更多
关键词 三维果实表型 稀疏点云算法 稠密点云算法 去噪
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基于SLAM与神经辐射场的柑橘幼苗三维重建方法
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作者 郭俊 杨达成 +2 位作者 莫振杰 兰玉彬 张亚莉 《华南农业大学学报》 北大核心 2025年第3期429-438,共10页
【目的】针对现有三维重建技术难以获取柑橘幼苗精细三维点云及其三维表型参数来表征幼苗状态的问题,提出一种基于同时定位与地图构建算法(Simultaneous localization and mapping,SLAM)与神经辐射场(Neural radiance fields,NeRF)的柑... 【目的】针对现有三维重建技术难以获取柑橘幼苗精细三维点云及其三维表型参数来表征幼苗状态的问题,提出一种基于同时定位与地图构建算法(Simultaneous localization and mapping,SLAM)与神经辐射场(Neural radiance fields,NeRF)的柑橘幼苗三维重建方法。【方法】以1年期的柑橘幼苗为研究对象,首先,利用深度传感器获取柑橘幼苗的RGB和深度图;其次,使用SLAM计算深度传感器在每一帧图像的位姿;然后训练幼苗NeRF网络,将附有位姿的多视角图像输入多层感知机(Multilayer erceptron,MLP);最后,通过体积渲染监督训练,重建高精细的三维实景点云模型。【结果】本文方法重建的柑橘幼苗三维模型,在色彩与纹理方面极具真实性,模型轮廓清晰、层次分明,具有实景级的精度。该模型可有效提取柑橘幼苗的三维表型参数,株高、宽幅长、宽幅宽和胸径的准确率分别为97.94%、93.95%、94.11%和97.62%。【结论】研究有助于加快优良柑橘幼苗的选育进程,可为柑橘产业的可持续性发展提供技术支持。 展开更多
关键词 柑橘幼苗 植物三维表型 三维重建 神经辐射场 SLAM 深度学习
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基于结构光三维点云的棉花幼苗叶片性状解析方法 被引量:13
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作者 黄成龙 李曜辰 +2 位作者 骆树康 杨万能 朱龙付 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期243-248,288,共7页
针对传统的棉花叶片表型测量方法主观、低效,对复杂性状如卷叶程度、黄叶占比等很难量化的问题,提出一种基于结构光三维成像的棉花幼苗叶片性状解析方法。首先,采用结构光扫描仪获取棉花幼苗的三维点云数据;然后,利用直通滤波、超体聚... 针对传统的棉花叶片表型测量方法主观、低效,对复杂性状如卷叶程度、黄叶占比等很难量化的问题,提出一种基于结构光三维成像的棉花幼苗叶片性状解析方法。首先,采用结构光扫描仪获取棉花幼苗的三维点云数据;然后,利用直通滤波、超体聚类、条件欧氏距离算法,实现叶片点云的识别与分割;最后,基于分割的叶片点云,采用三角面片化、随机采样一致性、Lab颜色分割等处理,实现叶片面积、周长、生长角度、卷曲度、黄叶占比等参数的快速、准确、无损提取。对40株棉花幼苗进行三维结构光成像试验,结果表明,3D叶片面积、周长测量的平均绝对误差分别为2.59%、2.85%,具有较高的测量精度,还证明叶片卷曲度和黄叶占比能显著区分病叶和正常叶。 展开更多
关键词 棉花 幼苗叶片 结构光成像 性状解析 点云处理 三维表型检测
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基于CT图像和RAUNet-3D的玉米籽粒三维结构测量 被引量:5
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作者 杜建军 李大壮 +3 位作者 廖生进 卢宪菊 郭新宇 赵春江 《农业机械学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第12期244-253,289,共11页
玉米籽粒构成和精细结构与玉米产量及品质直接相关。本文提出一种基于CT图像的玉米籽粒三维结构自动测量方法,快速提取、统计玉米籽粒成分和结构性状,评估不同玉米品种籽粒间性状差异。首先,利用Micro-CT获取批量玉米籽粒CT图像,通过Wat... 玉米籽粒构成和精细结构与玉米产量及品质直接相关。本文提出一种基于CT图像的玉米籽粒三维结构自动测量方法,快速提取、统计玉米籽粒成分和结构性状,评估不同玉米品种籽粒间性状差异。首先,利用Micro-CT获取批量玉米籽粒CT图像,通过Watershed算法准确分割出单颗籽粒;进而,设计基于注意力机制RAUNet-3D网络准确提取出籽粒胚;最后,建立自动化玉米籽粒表型管道,计算籽粒、胚、胚乳和空腔的共23项性状,用于玉米籽粒性状分析和品种鉴定。选取4个玉米品种籽粒(登海605、京科968、先正达408和农华5号)共120颗籽粒进行验证,结果表明籽粒CT扫描成像效率提高到1 min/粒,籽粒表型提取效率为10 s/粒,胚分割精度可达93.4%,粒长、粒宽和粒厚的R^(2)分别为0.902、0.926和0.904,籽粒品种分类精度达90.4%。本文方法实现了玉米籽粒及其胚、胚乳、空腔三维结构无损、快速测量,提取的性状能够表征不同玉米品种籽粒间表型差异,为开展大规模玉米籽粒三维表型鉴定奠定了基础。 展开更多
关键词 玉米籽粒 语义分割 三维表型 MICRO-CT RAUNet-3D
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基于多源数据的马铃薯植株表型参数提取 被引量:12
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作者 胡松涛 翟瑞芳 +5 位作者 王应华 刘志 朱剑忠 任荷 杨万能 宋鹏 《智慧农业(中英文)》 CSCD 2023年第1期132-145,共14页
作物具有结构多样、生长环境复杂等特征。RGB图像数据能真实地反映植株的纹理特征与颜色特征,三维点云数据包含了作物的体量信息。将RGB图像和三维点云数据结合,实现作物的二维和三维表型参数提取,对表型组学的方法研究具有重要意义。... 作物具有结构多样、生长环境复杂等特征。RGB图像数据能真实地反映植株的纹理特征与颜色特征,三维点云数据包含了作物的体量信息。将RGB图像和三维点云数据结合,实现作物的二维和三维表型参数提取,对表型组学的方法研究具有重要意义。本研究以马铃薯为研究对象,使用RGB相机和激光扫描仪分别采集了50个马铃薯的RGB图像与三维激光点云数据。对比了OCRNet,UpNet,PaNet和DeepLab v3+四种深度学习语义分割方法的分割精度,并选择精度较高的OCRNet网络实现马铃薯顶视图像的语义分割。优化了Mean shift聚类算法流程,完成了马铃薯植株激光点云的单株分割,并结合欧式聚类和K-Means聚类算法对单株马铃薯植株点云的茎和叶进行准确地分割。同时,提出一种利用编号建立马铃薯单株RGB图像和激光点云间一一对应关系的策略,并以此为基础分别从RGB图像与激光点云中提取同一马铃薯植株包括最大宽度、周长、面积、株高、体积、叶长与叶宽在内的8个二维表型参数与10个三维表型参数。最后,选择了比较具有代表性、易测量的叶片数、株高、最大宽度三个表型参数进行精度评估,平均绝对百分比误差(Mean Absolute Percentage Error,MAPE)分别为8.6%、8.3%和6.0%,均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)分别为1.371片、3.2 cm和1.86 cm,决定系数R2分别为0.93、0.95和0.91。精度评估的结果表明,所提取的表型参数能够准确、高效地反映马铃薯的生长状态,将马铃薯的RGB影像数据与三维激光点云数据相结合,能够充分发挥RGB图像纹理颜色特征丰富、三维点云能够提供体量信息的优势,实现马铃薯植株二维与三维表型参数高精度、非破坏性的提取。本研究成果不仅可以为马铃薯的种植和育种提供重要的技术支持,还可以为基于表型数据的研究提供有力支持。 展开更多
关键词 LIDAR 多源数据 聚类分割 三维表型 OCRNet 激光点云 深度学习
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利用多时序激光点云数据提取棉花表型参数方法 被引量:9
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作者 阳旭 胡松涛 +2 位作者 王应华 杨万能 翟瑞芳 《智慧农业(中英文)》 2021年第1期51-62,共12页
当前,能够实现作物表型参数高效、准确的测量和作物生育期表型参数的动态量化研究是表型研究和育种中亟待解决的问题之一。本研究以棉花为研究对象,采用三维激光扫描LiDAR技术获取棉花植株的多时序点云数据,针对棉花植株主干的几何特性... 当前,能够实现作物表型参数高效、准确的测量和作物生育期表型参数的动态量化研究是表型研究和育种中亟待解决的问题之一。本研究以棉花为研究对象,采用三维激光扫描LiDAR技术获取棉花植株的多时序点云数据,针对棉花植株主干的几何特性,利用随机抽样一致算法(RANSAC)结合直线模型完成主干提取,并对剩余的点云进行区域增长聚类,实现各叶片的分割;在此基础上,完成植株体积、株高、叶长、叶宽等性状参数的估计。针对多时序棉花激光点云数据,采用匈牙利算法完成相邻时序作物点云数据的对齐、叶片器官对应关系的建立。同时,对各植株表型参数动态变化过程进行了量化。本研究针对3株棉花的4个生长点的点云数据,分别完成了主干提取、叶片分割,以及表型参数测量和动态量化。试验结果表明,本研究所采用的主干提取及叶片分割方法能够实现棉花的枝干和叶片分割。提取的株高、叶长、叶宽等表型参数与人工测量值的决定系数均趋近于1.0;同时,本研究实现了棉花表型参数的动态量化过程,为三维表型技术的实现提供了一种有效的方法。 展开更多
关键词 棉花表型参数 LiDAR 主干提取 叶片分割 点云数据对齐 三维表型
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Effect of cooling structure on thermal behavior of copper plates of slab continuous casting mold 被引量:2
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作者 孟祥宁 朱苗勇 《Journal of Central South University》 SCIE EI CAS 2013年第2期318-325,共8页
A three-dimensional finite-element model of slab continuous casting mold was conducted to clarify the effect of cooling structure on thermal behavior of copper plates. The results show that temperature distribution of... A three-dimensional finite-element model of slab continuous casting mold was conducted to clarify the effect of cooling structure on thermal behavior of copper plates. The results show that temperature distribution of hot surface is mainly governed by cooling structure and heat-transfer conditions. For hot surface centricity, maximum surface temperature promotions are 30 ℃and 15 ℃ with thickness increments of copper plates of 5 mm and nickel layers of 1 ram, respectively. The surface temperature without nickel layers is depressed by 10 ℃ when the depth increment of water slots is 2 mm and that with nickel layers adjacent to and away from mold outlet is depressed by 7℃ and 5 ℃, respectively. The specific trend of temperature distribution of transverse sections of copper plates is nearly free of cooling structure, but temperature is changed and its law is similar to the corresponding surface temperature. 展开更多
关键词 slab continuous casting MOLD copper plate cooling structure thermal behavior finite element analysis
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