[發明專利]植物三維表型解析方法及裝置

在審

• 申請號: 202210051281.8
• 申請日: 2022-01-17
• 公開（公告）號: CN114581626A
• 公開（公告）日: 2022-06-03
• 發明（設計）人: 溫維亮;郭新宇;劉凱;茍文博;吳升
• 申請（專利權）人: 北京市農林科學院信息技術研究中心
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20;G06T7/62;G06T7/11;G06T5/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 郭亮

本發明提供一種植物三維表型解析方法及裝置，該方法包括：對目標植物的點云數據進行點云分割，分割得到包括莖稈和葉片的植株點云；對植株點云提取器官點云骨架，得到目標植物包括每個葉片骨架的骨架模型；根據骨架模型每個葉片的骨架信息，在葉片網格模板庫中分別選出相似度最高的葉片網格模板；根據每個葉片的骨架和對應的葉片網格模板，對目標植物進行三維重建，生成目標植物的網格模型；基于網格模型計算目標植物的表型參數。該方法由于涵蓋了多個網格模板，從而根據骨架信息便可還原葉片的表型信息，可避免葉片褶皺導致的還原精度低進一步引起葉面積計算誤差大，以及點云缺失導致葉長、葉面積等表型參數解析誤差大等問題，具有較強的適用性。

技術領域

本發明涉及植物表型分析領域，尤其涉及一種植物三維表型解析方法及裝置。

背景技術

植物表型是指能夠反映植物細胞、組織、器官、植株和群體結構和功能特征的物理、生理和生化性狀，其本質是植物基因圖譜在環境作用下的外在時序三維表達及其地域分異特征和代際演進規律。從組學高度系統深入地挖掘“基因-表型-環境”內在關聯，揭示植物多尺度結構和功能特征對遺傳信息和環境變化的響應機制，可以實現作物育種組學精準鑒定，促進作物育種效率大幅提升。

植物表型解析的性狀主要可以分為形態結構、顏色紋理和生理生化三類。形態結構表型主要是基于圖像或點云數據，通過提取數據中的特征，實現植物表型的測量與解析。基于點云的植物三維表型解析，可以得到高精度的表型指標，目前已成為植物表型組學領域的研究熱點。

基于點云的植物表型解析方法主要通過點云去噪、點云分割、骨架提取、網格生成、表型提取的步驟實現。所得到的表型指標主要包括株高、葉長、葉寬、葉面積、葉傾角、方位角等。

目前基于三維點云的植物表型解析方法整體集成度不高，或偏重于骨架提取技術，或側重于點云分割技術，這些方式導致解析得到的表型參數精度低。例如，葉片褶皺還原精度低引起葉面積計算誤差大，點云缺失導致葉長和葉面積等表型參數解析誤差大等問題。可以看出，這些因素也直接導致目前各方法的適用性不強。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種植物三維表型解析方法及裝置。

本發明提供一種植物三維表型解析方法，包括：對目標植物的點云數據進行點云分割，分割得到包括莖稈和葉片的植株點云；對所述植株點云提取器官點云骨架，得到目標植物包括每個葉片骨架的骨架模型；根據所述骨架模型每個葉片的骨架信息，在葉片網格模板庫中分別選出相似度最高的葉片網格模板；根據每個葉片的骨架和對應的葉片網格模板，對目標植物進行三維重建，生成目標植物的網格模型；根據目標植物網格模型，計算植株的表型參數。

根據本發明一個實施例的植物三維表型解析方法，所述對目標植物的點云數據進行點云分割之前，還包括：采用統計濾波或均勻濾波方法，對采集的目標植物植株點云數據進行去噪。

根據本發明一個實施例的植物三維表型解析方法，所述根據每個葉片的骨架和對應的葉片網格模板，對目標植物進行三維重建，包括：以每個葉片的骨架為基準，對相應的葉片網格模板進行變形，使得預設的能量函數值最小，得到重建后每個葉片的葉片網格模型；其中，所述能量函數表示所有對應邊變形前后長度之差的加權平方和。

根據本發明一個實施例的植物三維表型解析方法，葉片網格模板庫中每個葉片網格模板與葉脈垂直的每一行包含的點數相同，每行中間的點為葉片網格的葉脈點,每行兩端的點為葉邊緣點，與葉脈平行的兩端為葉生長點和葉尖點。

根據本發明一個實施例的植物三維表型解析方法，所述表型參數包括：株高、葉長、葉寬、葉面積、葉傾角或方位角。

根據本發明一個實施例的植物三維表型解析方法，計算植株的表型參數，包括：根據目標植物網格模型，計算當前葉片每排點的累加距離作為當前位置的葉寬，選擇所有位置的最大葉寬作為當前葉片的葉寬。