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玉米叶片形态建模与网格简化算法研究 总被引：4，自引：1，他引：4
【目的】协调禾本科作物形态模型的可视化效果和计算效率之间的关系。【方法】提出一种利用非均匀有理B样条（NURBS）插值结合使用多直线段分裂算法（splitting）来重建玉米叶片三维形态并实现曲面网格简化控制的方法。【结果】该方法利用三维数字化仪采集的数据点，通过计算节点矢量、差值计算反求曲面控制点等步骤构造出玉米叶片曲面，具有较强地真实感效果；根据叶片形态特征，采用多直线段分裂算法的逆运算来对叶片曲面网格数量进行简化，在尽可能保持曲面特征的同时可显著降低网格数目。【结论】应用该方法进行玉米冠层可视化与光分布计算，结果表明，在不显著增大计算误差的前提下，可以明显地提高计算效率。 相似文献
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基于点云数据的植物叶片三维重建 总被引：1，自引：1，他引：0
叶片是植物最重要的器官之一,为构建植物叶片的高精度几何模型,提出了一种基于三维点云数据的植物叶片几何建模方法。针对植物叶片形态特征,选定最适三维扫描仪进行叶片点云数据获取,通过点云的配准、简化及去噪等操作得到高质量叶片点云数据,在此基础上进行叶片网格生成与网格优化,最终得到高精度植物叶片网格模型。利用该方法分别对黄瓜、玉米和两个品种的葡萄叶片进行几何建模,结果表明,所构建的叶片模型能够较好地保持叶片形态特征,且较以前的方法在精确度和真实感方面有了较大的提高。该研究对于推动数字植物几何建模及进一步基于几何模型的可视化计算具有重要意义。 相似文献
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针对植物三维点云精简时特征信息提取不准确的情况,提出局部曲率误差和法向量夹角相结合的区域复杂度判断方法,对曲率精简算法进行改进。将每个数据点K邻域内曲率标准差和法向量夹角与阈值进行比较,确定局部区域的复杂情况,采用不同精简率判定邻域点是否保留,统计其保留概率,最后通过整体精简率和保留概率确定数据点的取舍。通过与传统精简算法进行对比分析,在相近精简率下,提出的局部曲率误差–法向量夹角法精简后的植物叶片、叶脉特征更明显,封装建模后的偏差减小了25%以上。 相似文献
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为了更好地认识苹果树的冠层结构,定量化描述冠层中叶片的形态特征。通过选取两个品种苹果树冠层不同类型枝条的叶片形态指标,利用SPSS软件对数据进行分析处理。利用数理统计方法对大量叶片形态特征数据进行了统计分析、数据拟合和误差分析,建立了苹果树不同类型枝条上叶片形态特征的数学模型。不同品种苹果树不同枝条类型,具有相同的叶片形态特征,随着叶位提升,发生规律性变化。通过对这些形态特征的分析研究,可以对苹果树冠层有更直观的认识,为构建准确、符合生理性状的果树三维模型提供必要的知识模型支撑。同时提高了基于三维模型进行果树冠层生理生态功能的仿真模拟研究的可信度。 相似文献
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【目的】通过研究3种不同复杂程度植株冠层的三维重建,为更加精准获取植株冠层表型参数提供新方法。【方法】本文首先用单反相机获取3种不同复杂程度植株冠层图片序列,通过三维重建得到各植株稠密点云;随后还原植株点云原始尺度,过滤稠密点云中的噪声,再使用改进区域增长算法分割植株点云冠层;之后借助激光扫描仪,利用手动测量和激光扫描方法分别从二维和三维两个方面对多视图几何重建的叶片进行精度评价,二维精度评价为叶片长宽的实际测量值分别与激光扫描仪获取的叶片的长宽值和多视图几何重建叶片的长宽值进行统计分析,三维精度评价使用传统的网格对比方法豪斯多夫距离与更加精准的工业级网格3D精度对比检测软件Geomagic Qualify。【结果】多视图几何重建的植株叶片表型信息与手动测量值间的判定系数（R 2）均高于0.96,激光扫描方法获取的植株叶片表型信息与手动测量值间的判定系数（R 2）均高0.99;多视图几何重建的叶片与激光扫描得到的叶片在0—±1mm偏差范围内的比例大部分达到97%以上;以激光扫描的叶片网格为参考,多视图几何重建的叶片网格的豪斯多夫距离90%以上分布在0—2 mm。本研究的多视图几何重建方法与改进区域增长算法相结合能对不同复杂程度的植株取得比较理想的重建结果。 【结论】本文提出的多视图几何方法与改进区域增长算法相结合的重建方法可以弥补区域增长算法的不足,对表面不平滑的植株冠层具有更好的分割效果,适合不同复杂程度植株三维重建,为育种研究获取植株表型提供一定的参考。 相似文献
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基于光作用的虚拟植物生长模拟与可视化研究 总被引：1，自引：0，他引：1
虚拟植物生长模拟研究是数字林业的研究热点。为了在植物生长过程模拟中考虑植物的生理特征,真实地 反映不同光照条件对植物各组织器官形态结构及生长发育特征的影响。基于植物的光生长环境仿真,提出了一种 基于光照模型的植物器官形态结构动态演替生长算法。采用双三次Bezier 曲面构建植物叶片组织器官,并引入曲 面影响因子、植物光属性因子,对植物形态结构和叶序分布进行真实感建模。根据光照对植物叶片生长发育的影 响,提出了基于光作用的碳汇动力学仿真和植物分枝结构的动态演替方法。为了验证本算法的有效性,依据不同 光照条件下绿萝的生理特征数据,对该生长模型算法进行了有效验证,获得了较好的真实感效果。 相似文献
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水稻叶片形态对冠层特性和光合有效辐射传输的影响 总被引：2，自引：1，他引：2
以4个叶片形态差异明显的高产水稻为材料,测定了5个主要叶片形态因子,分析了其对冠层结构、光合有效辐射传输和不同叶层净光合速率的影响.结果表明:品种间叶角和叶片卷曲度的变异系数分别为31.92%和17.15%,而叶长及叶宽的变异系数则分别为5.86%和6.94%,品种间叶角和叶片卷曲度的差异明显大于叶长及叶宽;不同形态叶片的冠层,其叶面积分布也不相同;在水稻冠层辐射传输特征上,光合有效辐射透过率(Tr)、光合有效辐射直接透过率(Dr)和消光系数(K)的大小及变化都与叶片形态因子有密切关系;叶片形态对净光合速率(Pr)和叶面积衰减率(DLAI)有重要作用,影响途径主要是Tr的改变.以稻田地面的Tr=0.03为指标,估算出4个品种可容纳的最大叶面积指数为6.88～8.22. 相似文献
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针对具有颜色信息的大豆冠层三维结构形态的重建问题,采用PMD摄像机与彩色摄像机相结合的多源图像采集系统获取大豆冠层多源图像,对大豆冠层多源图像特征点配准方法进行研究。以彩色图像和强度图像为研究对象,利用仿射变换实现彩色图像坐标系到PMD图像坐标系的转换;利用Harris算法检测图像特征点,采用基于归一化互相关系数法(NCC)实现特征点粗匹配。为克服传统RANSAC算法抽样次数较多及和数据检验时间较长的弊端,提出在特征点匹配阶段,按照可信度将特征点对排序,从可信度高的点对开始抽取的方法来优化经典RANSAC算法,进而实现特征点精匹配,最终完成多源图像特征点配准。为验证本研究提出的图像配准算法的有效性,将该算法与传统图像配准算法相对比,结果表明:室外和室内环境下,样本组的平准正确配准率分别为83%和87%,均优于传统图像配准算法,并满足快速配准大豆冠层多源图像特征点的要求。 相似文献
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将鸡群优化算法(CSO)引入平均距离方法,提出了一种基于CSO的自适应简化算法,并通过使用3D点云扫描粮仓中粮堆表面验证了该算法的有效性。结果表明,与平均距离法相比,该算法具有更均匀分布的点集、更大的减速比和更高容量的估计精度,具有较好的简化性能和随时更新、减少间隔的能力。该算法和3D激光扫描仪能实时检测仓库中粮堆的体积。 相似文献
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《农业科学学报》2017,(10)
The objective of this work was to develop a dynamic model for describing leaf curves and a detailed spatial geometry model of the rice leaf(including sub-models for unexpanded leaf blades,expanded leaf blades,and leaf sheaths),and to realize threedimensional(3 D) dynamic visualization of rice leaves by combining relevant models. Based on the experimental data of different cultivars and nitrogen(N) rates,the time-course spatial data of leaf curves on the main stem were collected during the rice development stage,then a dynamic model of the rice leaf curve was developed using quantitative modeling technology. Further,a detailed 3 D geometric model of rice leaves was built based on the spatial geometry technique and the non-uniform rational B-spline(NURBS) method. Validating the rice leaf curve model with independent field experiment data showed that the average distances between observed and predicted curves were less than 0.89 and 1.20 cm at the tilling and jointing stages,respectively. The proposed leaf curve model and leaf spatial geometry model together with the relevant previous models were used to simulate the spatial morphology and the color dynamics of a single leaf and of leaves on the rice plant after different growing days by 3 D visualization technology. The validation of the leaf curve model and the results of leaf 3 D visualization indicated that our leaf curve model and leaf spatial geometry model could efficiently predict the dynamics of rice leaf spatial morphology during leaf development stages. These results provide a technical support for related research on virtual rice. 相似文献
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林分参数提取及与大气颗粒物分布关系 总被引：1，自引：0，他引：1
选取北京市奥林匹克森林公园紧邻五环道路的人工林作为实验样地,利用三维激光扫描系统获取林分的点云数据,分别通过体元模拟法和鱼眼图像的方法精确提取样地内树木的树冠体积和叶面积指数.采集获取样地的大气颗粒物浓度数据以及气象因子等数据,从林分空间结构参数的角度来分析林分空间结构对大气颗粒物的滞留能力.结果表明,对于大粒径颗粒物(2.5~100μm),不同季节时期的林分对其浓度影响为:夏季春季冬季.树冠体积和叶面积指数随季节的变化与大气颗粒物在林分中扩散的浓度变化量存在很大相关性.当树冠体积和叶面积指数变化率大时,林分对大气颗粒物的吸滞量相应增大,反之亦成立. 相似文献
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以胡杨不同发育阶段植株(五种树冠类型)的不同冠层异形叶为材料,调查同一单株上不同冠层同一节位叶片的叶形指数,测定其细胞色素氧化酶同工酶酶谱(CYT)和酯酶(EST)同工酶酶谱。探讨不同发育阶段胡杨植株叶形的变化和CYT、EST同工酶酶谱间的关系。结果表明:(1)不同发育阶段的胡杨植株都表现出叶形指数随冠层的升高而减小;(2)同一株不同冠层叶片的CYT同工酶酶谱带型基本一致,但各冠层叶片间酶谱带的表达量上存在细小差异。不同发育阶段植株CYT同工酶在质(酶带数目和迁移率)和量(酶的活性)的表达上各不相同,表现为随发育进程的推进,一些条带的表达或不表达;(3)EST同工酶的质(酶带数目和迁移率)和量(酶的活性)的表达在同一株不同冠层及不同发育阶段的胡杨叶片中均有差异。 相似文献
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Peng LI Ming ZHANG XiangSheng DAI Teng WANG YongQiang ZHENG ShiLai YI Qiang LÜ 《中国农业科学》2019,52(24):4493-4504
【Objective】Accurate measurement of volume and structure of fruit tree canopy can provide important reference for variable application of pesticide and fertilizer, as well as yield estimation. In order to accurately measure the canopy volume, a scanning platform based on laser sensor (LMS111-10100, SICK) was built. Aiming at the problem of irregular canopy shape, the poor accuracy of the existing real-time measurement methods of canopy volume and difficult to measure and estimate the canopy volume, a new estimation method based on irregular triangular prism modules was proposed in this work. 【Method】Five spherical landscape trees with regular canopy and ten citrus trees with irregular canopy were scanned by the laser sensor at the speeds of 0.5, 1.0 and 1.5 m·s -1, respectively. The canopy volume was measured by two methods: cuboid module method (CMM) and irregular triangular prism module method (ITPMM), and the error analysis was conducted based on manual measurement. 【Result】 The results showed that the error ranges of CMM for measuring landscape trees at the different speeds of 0.5, 1.0 and 1.5 m·s -1were 4.17%-6.59%, 4.56%-7.42% and 4.17%-9.86%, respectively, while the error ranges of the ITPMM for measuring landscape trees were 2.37%-4.63%, 3.18%-5.00% and 4.10%-5.73%, respectively. The distance range of the relative error of the two methods for measuring citrus trees was -0.28%-4.22%%, and the average difference was 1.78%. The error ranges of CMM for measuring citrus trees at the different speeds of 0.5, 1.0 and 1.5 m·s -1 were 11.63%-31.02%, 11.88%-33.23% and 13.28%-33.30%, respectively. The error ranges by ITPMM for measuring citrus trees were 3.25%-6.69%, 4.50%-8.31% and 5.66%-11.55%, respectively. The distance range of the relative error of the two methods for measuring citrus trees was 6.43%-26.20%, and the average difference was 13.04%. 【Conclusion】 The research showed that the estimation error of the ITPMM was significantly smaller than the CMM. For the same target, when the speed was 0.5 m·s -1, both of the estimation accuracy for the two methods were the highest. As the sensor speed increased, laser scanning points on the canopy decreased. So, the relative error of volume estimation increased with increase of advance speed of the laser sensor. When scanning the regular target, the accuracy difference between the two methods was small; when scanning the irregular target, the error of the CMM was larger. The processing time of a frame laser data by the CMM was 2.86 ms, and the processing time by the ITPMM was 4.73 ms, which were less than the scanning period of 20 ms of the laser sensor. The data processing time could match the acquirement of real-time collection and processing of laser data. 相似文献
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基于三维激光扫描成像系统的树冠生物量研究 总被引：4，自引：0，他引：4
林业中对树冠进行准确量测一直都难以实现,对树冠体积、表面积的估测也多是将树冠近似为规则几何体,所得到的数据偏差较大,使与树冠相关的一些研究受到限制.该文将三维激光扫描成像系统运用于立木测量,建立立木三维模型,通过对模型进行量测获取包括树冠体积、表面积等各种测树因子.以此为基础,运用非线性回归方法建立树冠体积、表面积回归方程,相关系数都在0.95左右.利用树冠体积、表面积回归模型,可以用传统林业调查数据推算树冠的体积表面积,可以使与树冠相关的估测、研究得到较好的结果.同时该文将树冠因子引入生物量模型,建立包含树冠体积、表面积的生物量模型,获得了较传统CAR模型更好的效果,可作为生物量估测的基本模型. 相似文献
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【目的】准确获取温室番茄作物行中单株冠层数据,为分析作物生长状态和为对靶喷药提供冠层数据支持。【方法】采用三维激光雷达(LiDAR)搭建番茄植株冠层检测平台,使用导轨以0.05 m/s的速度移动三维激光雷达,利用雷达上位机软件Ctrlview保存双侧扫描的A、B 2组共40株番茄植株点云。双侧点云使用ICP(迭代最近点)算法进行配准,利用基于特征值的平面拟合法去除地面,使用均值漂移算法(Meanshift)分割番茄行中的单株点云,获取冠层参数,与人工测量值比较验证精度,将单株点云在MATLAB中使用alpha shape算法进行重建并进行体积的获取,使用凸包算法作物参考值对比。【结果】该检测平台在激光雷达前进方向与垂直前进方向的测量误差分别为-2.65%、-3.95%;获取到的单株番茄植株高度与人工测量值相比,平均绝对误差分别为0.025和0.031 m;重建后求取的体积与凸包算法相比平均误差下降了约15.3%,与人工获取相比相差不大,各指标良好。【结论】番茄行点云分割结果与人工测量相比A、B 2组的均方根误差RMSE分别为0.039和0.043,冠层体积获取与参考值对比VRMSE为0.011 3,激光雷达在获取作物外形轮廓信息中具有一定的准确性和可靠性,该方法用于温室环境下单株作物冠层数据的获取。 相似文献