[發明專利]一種玉米群體三維模型構建方法及系統

有效

• 申請號: 201710429471.8
• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107369206B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 溫維亮;郭新宇;肖伯祥;吳升;盧憲菊
• 申請（專利權）人: 北京農業信息技術研究中心
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

本發明提供了一種玉米群體三維模型構建方法及系統，方法包括確定玉米群體測量樣本；根據玉米群體測量樣本的植株尺度數據，生成植株尺度的t分布函數，并根據植株尺度的t分布函數獲取目標玉米群體的植株尺度參數；根據玉米群體測量樣本中各植株內各節單位的形態數據，以及目標玉米群體的植株尺度參數；生成目標玉米群體的各植株內各節單位的形態參數的t分布函數，并獲取目標玉米群體中各植株內各節單位的形態參數；建立目標玉米群體的玉米群體網格幾何模型。本發明能夠僅通過少量樣本的測量，即生成可靠的玉米群體三維模型，提高了能夠反映品種特征的玉米群體三維模型的建模準確性及建模的效率。

技術領域

本發明涉及農業信息技術領域，具體涉及一種玉米群體三維模型構建方法。

背景技術

作物群體是履行光合作用和物質生產職能的組織體系，其形態結構對光截獲能力、冠層光合效率以及作物產量均具有重要影響。同時，群體結構也體現了作物品種的遺傳特性及其對環境的適應程度，在遺傳和環境因素的影響下，作物群體形態結構具有時空變異性。玉米是我國最重要的糧食作物之一，增產潛力巨大。快速構建玉米群體三維模型對于玉米的結構功能分析、玉米品種評價和提高生產力具有重要意義。植物三維建模是計算機圖形學領域具有挑戰的問題之一，構建高真實感的植物器官和單株幾何模型已具有一定的難度，玉米群體形態結構復雜，群體間存在大量的遮擋、交叉，因此，玉米群體三維模型構建是非常有挑戰性的工作。

目前的已有技術手段包括：(1)單株復制的方法：在構建玉米單株模型后，通過復制該單株并指定各植株在群體中的生長位置，實現玉米群體幾何模型的構建，但這種方法所構建的玉米群體幾何模型較為機械，真實感低，且無法反映群體中植株的多樣性和品種特征；(2)交互式建模方法：通過人工交互式設計的方法，對預建模的玉米群體的群體參數，以及群體內各植株的株型參數進行調整，實現玉米群體的幾何建模，但這種方法需要進行大量的人工交互，工作量大，效率低，且因人工交互也無法反映玉米的品種特征；(3)三維數字化的方法：三維數字化測量設備和技術發展迅速，如美國Polhemus公司的FastRAK三維數據采集跟蹤系統的測量范圍可以超過5m，精度可達到±1mm，采用該設備能夠實現對自然狀態下植物空間形態結構精確、連續的測定，并進一步基于實測數據構建植物群體骨架結構三維模型，但玉米田間三維結構原位數字化測量對環境條件要求高，如晴天、無風等，且需要人工輔助傳感器的移動，操作復雜繁瑣費時費力，不適于對玉米群體的連續測量；(4)利用3D掃描的方法：研究者針對植物線形骨架形態特征，利用所獲取點云數據的三維空間臨近關系計算并重構植物骨架結構，但這種方法多應用于單株尺度的骨架重建；由于植物群體內的各植株及器官相互遮擋交錯復雜，基于點云的植物群體骨架提取研究也無法很好地解決群體內部雜亂結構的特征提取問題。

此外，玉米群體形態結構因品種、環境條件、管理栽培措施等的差異形態結構差異顯著，即使品種相同、外在因素極其相似，也很難找出形態結構完全相同玉米群體。因此，完全1：1重建玉米群體幾何模型意義不大，構建能夠反映因品種、環境條件和栽培管理措施帶來的形態差異的玉米群體即可滿足玉米群體結構解析的需求。

已有玉米群體三維建模方法主要可總結為兩大類：

(1)基于交互式設計的方法：如單株復制和交互式建模的方法，其主要存在著所構建玉米群體真實感低、難以反映玉米品種特征的問題。

(2)基于實測數據的玉米群體三維重建：玉米群體結構復雜，進行玉米群體原位數據獲取工作量大、效率低，利用三維點云進行群體結構特征提取技術難度大。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明提供一種玉米群體三維模型構建方法，能夠僅通過少量樣本的測量，即生成可靠的玉米群體三維模型，提高了能夠反映品種特征的玉米群體三維模型的建模準確性及建模的效率。

為解決上述技術問題，本發明提供以下技術方案：

一方面，本發明提供了一種玉米群體三維模型構建方法，所述方法包括：