[發明專利]基于幾何模型的綠蘿葉片外部表型參數的三維估測方法

有效

• 申請號: 202010370531.5
• 申請日: 2020-05-06
• 公開（公告）號: CN111583328B
• 公開（公告）日: 2021-10-22
• 發明（設計）人: 王浩云;徐煥良;馬仕航
• 申請（專利權）人: 南京農業大學
• 主分類號: G06T7/62
• 分類號: G06T7/62;G06T7/11;G06K9/62;G06N3/00;G06N3/12
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 劉暢;徐冬濤

本發明公開了一種基于幾何模型的綠蘿葉片外部表型參數的三維估測方法，包括以下步驟：S1建立綠蘿葉片的幾何模型數據庫；S2固定RGB?D相機角度與高度對綠蘿進行一次拍攝，獲得綠蘿葉片的局部點云數據；S3將S2獲得的局部點云數據與S1中的幾何模型數據庫進行空間匹配與參數尋優，獲得最接近的幾何模型；S4計算該幾何模型的葉片外部表型參數，作為估測結果。本發明的估測方法，植物葉片無需離體，拍攝儀器也無需改變角度，僅通過一次拍攝即能對其外部表型參數進行估測。估測結果的誤差范圍較小，且非常穩定。

技術領域

本發明涉及植株生長狀態的估測領域，具體是一種基于幾何模型的綠蘿葉片外部表型參數的三維估測方法。

背景技術

綠蘿屬天南星科，騰芋屬，原產于熱帶地域，生命力較旺盛，對環境要求低，易于培養，在土壤中與水中均能存活。綠蘿作為我國室內外最廣泛的觀葉類植物之一，四季常綠，生命力強，可塑性高，具有一定觀賞價值。并且可以凈化空氣，吸收空氣中的甲醛、苯、甲苯和尼古丁等有害物質，有“空氣凈化器”之稱，近幾年還有研究證明了綠蘿可以凈化水體，治理水域環境，是一種性價比高，栽培廣泛的重要觀賞植物，深受消費者喜愛。由于人們生活水平不斷提高，用綠蘿來對室內外進行裝飾和凈化的需求也在不斷上升。目前，我國各省市都有栽培綠蘿，國內規模最大、種類最多的盆栽綠蘿生產基地位于南部沿海地區，已經形成了綠蘿培育的產業化，具有一定規模和生產流程，正致力于實現標準化生產。由于其觀賞價值與凈化空氣的作用，所以依然有很大的市場上升空間。

葉片對于觀葉植物的生長與生理活動起著決定性的作用。葉片作為植物蒸騰、光合作用與呼吸作用的主要器官，是觀葉植物合成生長所需有機物、進行生理生化活動的場所。從葉片的生理狀態和健康狀況可以看出綠蘿植株的生長發育狀態，其中葉面積指標能極大地指示綠蘿葉片的健康程度。葉面積即葉片的平鋪面積，是研究植物與外界物質循環與能量轉化的必需參數，對于光能吸收、水分蒸騰、有機物積累、收獲量及經濟效益有顯著影響，也能直觀地反映綠蘿所處的生理周期。目前對于葉面積測量的方法很多，但均具有缺陷性，基礎測量方法均為人工測量，費時費力，成本過高；較為智能的方法往往需要在葉片離體狀態下進行測量，對植株造成傷害。

植物生長狀態，尤其是葉面積的測量亟需高效精確無損的檢測方式。人工測量的方式不僅成本高，也伴隨著一定的誤差，隨著計算機技術的發展，植物外形參數的自動檢測技術開始出現。早期的估測方法往往需要借助特定軟件與空間標定物，文獻《數字圖像處理技術在蔬菜葉面積測量中的應用》(農業工程學報,2002(04))利用平臺掃描儀對油菜和空心菜葉片采集圖像，借助Photoshop圖像處理軟件，按固定縮放比例對圖片進行縮放，選取葉片輪廓來統計像素個數得到葉片面積。文獻《.基于支持向量機模型和圖像處理技術的甜椒葉面積測定》(農業工程學報,2011,27(03))提出了使用數碼相機來快速采集葉片彩色圖像，經過預處理和色彩空間轉換，從而實現葉片部分的圖像分割與邊緣提取，通過公式法來計算葉面積。文獻《基于像素參照無損測定魔芋葉面積的研究》(湖北民族學院學報(自然科學版),2018,36(03))提出了一種對魔芋葉面積進行在體測量的方法，該方法通過掃描儀采集魔芋葉片與規則矩形圖形，通過對矩形圖形的標定來檢測標樣位置對面積的影響，來確定標樣的位置，從而計算魔芋葉面積，達到了2.0％以內的測定誤差。文獻《Non-destructive Measurement of Vegetable Seedling Leaf Area Using EllipticalHough Transform》提出了一種基于橢圓霍夫變換的圖像處理方法，對生長中的植物幼苗進行拍攝與圖像分析。這種方法能在葉片無損狀態下對葉片進行測量，并且可以識別被遮擋葉片的輪廓，從而估測出更準確的葉面積。