基于激光點云的油菜植株三維重建關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、基于植物的三維重建和可視化研究，是虛擬植物與數(shù)字農(nóng)業(yè)的一個重要的研究方向，也是發(fā)展智慧農(nóng)業(yè)、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要途徑。目前，基于植物的三維重建技術(shù)主要有基于模型的技術(shù)、基于圖像的技術(shù)和基于三維激光掃描的技術(shù)。本文主要是利用激光掃描技術(shù)進行植物三維重建研究，通過數(shù)字植物形態(tài)特征提取油菜生長參數(shù)，為農(nóng)作物栽培管理，遺傳育種研究提供方法。
　　本文利用三維激光掃描系統(tǒng)獲取油菜植株的點云數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，結(jié)合點云去噪方法和點云簡化

2、方法、利用模型重建的點云格網(wǎng)化和網(wǎng)格優(yōu)化算法等，建立了油菜植株三維形態(tài)模型。在重建模型的基礎(chǔ)上，實時獲取了較高精度的油菜植株三維形態(tài)模型，并且通過對油菜生長過程中的葉片面積、葉長、株高、葉柄夾角等作物生理生長參數(shù)進行測定和分析，實現(xiàn)了油菜植株生長過程的無損測量和監(jiān)測。
　　在植物三維重建關(guān)鍵技術(shù)中，本文主要從以下四個方面開展了技術(shù)方法研究：
　?。?）點云去噪算法，根據(jù)油菜點云數(shù)據(jù)特點，本文采用了自動去噪和手動輔助降噪相結(jié)合

3、的方法，提出了基于k-近鄰算法的點云噪聲處理技術(shù)，并利用油菜植株的葉片、莖桿、花朵以及角果數(shù)據(jù)驗證了算法的有效性。
　?。?）點云簡化算法，本文提出了基于點間距均勻分布的精簡算法以及基于特征點保留的均勻簡化算法以實現(xiàn)三維點云數(shù)據(jù)簡化。基于點間距均勻分布的精簡算法可以有效地簡化大部分點云數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)處理效率；基于特征點保留的簡化算法能夠最大限度的保留油菜植株的細節(jié)特征，尤其是葉片的脈絡(luò)信息。
　?。?）三維形態(tài)重建，本研究在

4、 Delaunay三角剖分的基礎(chǔ)上，提出了一種新型網(wǎng)格優(yōu)化算法，并利用油菜葉片數(shù)據(jù)進行了驗證處理，通過實驗證明，該方法去除了多余的邊緣冗余數(shù)據(jù)，三維模型獲得了比較好的格網(wǎng)化效果。
　?。?）植物形態(tài)參數(shù)研究，本研究在獲取油菜植株生長各階段三維點云數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行的植物形態(tài)模型精確重建，利用數(shù)字化手段，分析和比對葉片面積、葉片長度、株高、葉柄夾角等生理參數(shù)，實現(xiàn)了對植株的無損測量和監(jiān)測，實驗結(jié)果驗證了該方法的有效性，對數(shù)字植物的研究具