基于SfM的玉米植株三维重建和特征提取方法研究

发布时间：2022-12-25 11:54

　　玉米是世界上年产量最高的主粮。玉米的表型参数跟其生物量和产量有着密切的关系,因此,准确测量玉米的表型参数变得尤为重要。传统的玉米表型参数测量方法存在主观性强、劳动强度大、有损等问题。本文采用前期研制的小车在户外采集不同视角下的玉米植株二维图像（采集间隔大约为5～6cm）,基于运动恢复结构（Sf M）算法重建玉米植株模型,运用直通滤波、圆柱拟合和条件欧氏聚类算法自动分割出单株、茎秆和叶片点云;基于距离最值遍历、三角面片化等算法实现株高、茎粗、叶面积等11个性状的准确、无损测量。主要研究内容和结果如下:（1）以80株抽穗期的盆栽玉米为研究对象,基于Sf M重建了玉米植株的三维模型,并提取了株高、茎粗、三维叶面积和二维投影面积等性状,与人工测量值相比较,株高、茎粗、叶面积的决定系数（R~2）分别为0.970、0.842、0.901,平均绝对百分比误差（MAPE）分别为3.163%、4.760%、19.102%,均方根误差（RMSE）分别为3.557cm、1.540mm、48.163cm~2。将得到的80株玉米人工分类为低地上部生物量玉米和高地上部生物量玉米两类,通过SPSS软件将单株的株高、... 

【文章页数】：64 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 课题研究目的和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 植物三维重建技术概述
        1.2.2 运动恢复结构算法研究状况
    1.3 主要研究内容和技术路线
        1.3.1 主要研究内容
        1.3.2 技术路线
    1.4 本章小结
第二章 实验材料与图像采集系统
    2.1 实验材料
    2.2 图像采集系统
        2.2.1 玉米图像获取系统
        2.2.2 三维重建与点云处理软件
    2.3 本章小结
第三章 基于运动恢复结构(SfM)的三维重建
    3.1 运动恢复结构算法重建原理和流程
        3.1.1 运动恢复结构算法重建原理
        3.1.2 运动恢复结构算法重建流程
    3.2 三维模型可视化
    3.3 运动恢复结构三维重建影响因素
    3.4 全生育期玉米植株重建
    3.5 田间玉米三维重建
    3.6 本章小结
第四章 玉米点云预处理与特征分割
    4.1 扣取目标点云
    4.2 点云数据下采样和降噪
    4.3 点云坐标比例校正
    4.4 点云坐标转换校正
    4.5 分割盆沿平面
    4.6 玉米植株三维点云分割
    4.7 本章小结
第五章 玉米植株三维性状提取方法研究
    5.1 玉米株高的计算
    5.2 玉米单株最小包围盒体积的计算
    5.3 玉米茎粗的计算
    5.4 叶片数的计算
    5.5 叶周长和叶面积的计算
    5.6 单片叶最小包围盒体积的计算
    5.7 玉米叶投影面积、宽度和长度计算
    5.8 叶夹角的计算
    5.9 本章小结
第六章 玉米三维表型性状分析
    6.1 80株抽穗期玉米表型性状分析
        6.1.1 性状参数测量结果与分析
        6.1.2 单株性状参数显著性分析
    6.2 25个玉米品种全生育期表型性状分析
    6.3 24株田间玉米表型性状分析
    6.4 本章小结
第七章 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
参考文献
附录:攻读硕士期间发表的论文和专利
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SfM的针叶林无人机影像树冠分割算法[J]. 杨全月,董泽宇,马振宇,吴悠,崔琪,卢昊.  农业机械学报. 2020(06)
[2]Deep neural network algorithm for estimating maize biomass based on simulated Sentinel 2A vegetation indices and leaf area index[J]. Xiuliang Jin,Zhenhai Li,Haikuan Feng,Zhibin Ren,Shaokun Li.  The Crop Journal. 2020(01)
[3]基于非接触式方法的三维重建技术综述[J]. 陈华祯,张昂,马晓倩.  电子世界. 2020(03)
[4]三农笔记之二：饥饿地球与主粮作物[J]. 姜鹏.  北京规划建设. 2020(01)
[5]点云数据滤波算法研究[J]. 焦晨,王宝锋,易耀华.  国外电子测量技术. 2019(11)
[6]基于光学相机的植物表型测量系统与时序生长模型研究[J]. 张慧春,王国苏,边黎明,郑加强,周宏平.  农业机械学报. 2019(10)
[7]玉米加工及产业化发展文献综述[J]. 刘瑶,郭丽华.  北方经贸. 2019(08)
[8]北疆寒旱区不同水分处理对膜下滴灌青贮玉米植株生长与产量的影响[J]. 加孜拉,白云岗,曹彪.  中国农学通报. 2019(16)
[9]基于多视角图像的植物三维重建研究进展[J]. 周静静,郭新宇,吴升,杜建军,赵春江.  中国农业科技导报. 2019(02)
[10]基于邻域平均法的点云去噪算法研究[J]. 吴玉泉,李沛鸿,杨倩.  江西理工大学学报. 2019(01)

硕士论文
[1]基于结构光成像的棉花幼苗形态特征测量研究[D]. 李曜辰.华中农业大学 2019
[2]基于磁导引的履带式小车作物图像自动采集系统研究[D]. 王康.华中农业大学 2019
[3]LiDAR点云中实时平面检测算法研究与实现[D]. 兰军.北方工业大学 2019
[4]基于无人机遥感的玉米表型信息提取技术研究[D]. 张琪.东北农业大学 2017
[5]多视影像密集匹配点云分类与测图应用研究[D]. 郭志勇.中国地质大学(北京) 2017
[6]基于有序图像的三维重建技术研究[D]. 孟超.哈尔滨工业大学 2013



本文编号：3726568