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| 1 | 基于三维点云数据的苹果树冠层几何参数获取显示文摘针对果园环境下苹果树冠层参数获取精度较低的问题,提出了基于地面三维激光扫描仪高精度获取苹果树冠层参数的方法。选用Trimble TX8地面三维激光扫描仪作为苹果树冠层三维点云数据采集设备,提出了基于标靶球的KD-trees-ICP算法,用于高精度配准苹果树冠层三维点云数据。研究了平均风速小于4.5 m/s时,距离地面三维激光扫描仪不同远近条件下的标靶球配准残差和拟合误差的变化规律,分析结果表明,标靶球平均配准残差为1.3 mm,平均拟合误差为0.95 mm,低于大场景测量配准误差要求(5 mm)。为了提高有风环境下提取苹果树冠层参数的精度,研究了0.9~4.5 m/s区间平均风速影响下的苹果树冠层枝干、果实、叶片的三维点云质量,建立了风速与叶片侧面厚度的曲线拟合模型,分析结果表明,在果园平均风速小于1.6 m/s时可以从苹果树冠层三维点云数据中提取高精度冠层参数。利用地面激光三维扫描仪获取距离苹果树12 000 mm以内冠层参数,测量精度高于人工测量,相对误差小于4%,为果树高通量信息获取提供了技术支持。 | 郭彩玲 宗泽 张雪 刘刚 | 2017 | 农业工程学报2017，33，3： | 26 |
| 2 | Crop 3D--基于激光雷达技术的作物高通量三维表型测量平台显示文摘作物表型测量技术发展的滞后已成为当前育种领域的发展瓶颈,高通量的精确表型测量有助于加速育种进程.激光雷达是一种新兴的主动遥感技术,能够精确获取作物的空间形态数据,在高通量作物表型监测中有广阔应用前景.然而,目前我国基于激光雷达技术的作物表型监测仍存在较大空白.因此,本课题组自主研发了一套以激光雷达为主,集成高分辨率相机、热成像仪、高光谱成像仪等传感器的高通量作物测量平台—Crop3D.与传统作物表型测量技术相比,Crop 3D优势在于能够通量化同步地对作物各生长时期进行多源表型数据的获取并提取株高、株幅、叶长、叶宽、叶倾角和叶面积等参数,可为植物生物学和基因组学分析提供数据支持.本文重点对Crop 3D平台的整体规划设计、传感器集成、运行模式及平台获取的表型参数做了详细描述,并对其潜在应用领域做了简要探讨.本课题组认为,激光雷达与传统表型测量技术相结合的集成型平台有望成为未来作物表型参数获取的趋势所在. | 郭庆华 吴芳芳 庞树鑫 赵晓倩 陈琳海 刘瑾 薛宝林 徐光彩 李乐 景海春 储成才 | 2016 | 中国科学:生命科学2016，46，10： | 24 |
| 3 | 基于三维点云的苹果树叶片三维重建研究显示文摘叶片是果树冠层的重要组成部分,对其进行三维重建研究不仅可以对叶片形态特征进行分析,还能为冠层光照分布计算以及果树整形修剪提供理论基础。三维激光扫描仪以非接触、高效、快速获取数据的优势被大量应用于三维空间信息采集工作中。本文提出一种基于三维点云的苹果树叶片结构形态三维重建方法。首先针对叶片的形态特点选择合适的三维激光扫描仪获取苹果叶片三维点云;基于包围盒法搜索K邻域,计算点云中点与其邻域点的平均距离,并设定距离阈值作为判定中心点是否为离散点的依据,进而确定离散点并去除;利用最小二乘原理实现点云局部曲面拟合以及法向量、曲率的计算,提取叶片边界点;对于非边界点部分,根据中心点法向量与其邻域法向量的关系,对点进行不同程度的精简;最后对处理后的叶片点云完成三维重建。结果表明,构建的叶片模型能够较好的保留叶片的三维形态特征,可以为果树冠层重建和光照分布计算提供基础。 | 张伟洁 刘刚 郭彩玲 宗泽 张雪 | 2017 | 农业机械学报2017，48，S1： | 21 |
| 4 | 基于TOF深度传感的植物三维点云数据获取与去噪方法显示文摘为提高植物三维重建的精度,更好地实现植物数字化研究,提出了基于TOF(time of flight)深度传感的植物三维点云数据获取与去噪方法。首先通过TOF深度传感来获取植物点云数据,采用直通滤波器对点云数据进行预处理,减少背景噪声;其次采用改进密度分析的离群点去噪算法,该算法通过结合邻近点平均距离和邻域点数数量2个特征参数,对点云数据中的离群点噪声进行检测和去除;最后采用双边滤波算法对点云内部的小尺寸噪声进行检测和去除。以番茄植株进行相关试验,试验结果表明:与传统双边滤波算法比较,该文算法最大误差降低了11.2%,平均误差降低了23.2%;与拉普拉斯滤波算法比较,最大误差降低了20.6%,平均误差降低了39.2%,表明该文提出的算法在保持点云特征的情况下,能简单高效地去除植物三维点云数据中的不同尺度噪声。 | 夏春华 施滢 尹文庆 | 2018 | 农业工程学报2018，34，6： | 20 |
| 5 | Crop 3D a LiDAR based platform for 3D high-throughput crop phenotyping显示文摘With the growing population and the reducing arable land, breeding has been considered as an effective way to solve the food crisis.As an important part in breeding, high-throughput phenotyping can accelerate the breeding process effectively. Light detection and ranging(LiDAR) is an active remote sensing technology that is capable of acquiring three-dimensional(3 D) data accurately,and has a great potential in crop phenotyping. Given that crop phenotyping based on LiDAR technology is not common in China,we developed a high-throughput crop phenotyping platform, named Crop 3 D, which integrated LiDAR sensor, high-resolution camera, thermal camera and hyperspectral imager. Compared with traditional crop phenotyping techniques, Crop 3 D can acquire multi-source phenotypic data in the whole crop growing period and extract plant height, plant width, leaf length, leaf width, leaf area, leaf inclination angle and other parameters for plant biology and genomics analysis. In this paper, we described the designs,functions and testing results of the Crop 3 D platform, and briefly discussed the potential applications and future development of the platform in phenotyping. We concluded that platforms integrating LiDAR and traditional remote sensing techniques might be the future trend of crop high-throughput phenotyping. | Qinghua Guo Fangfang Wu Shuxin Pang Xiaoqian Zhao Linhai Chen Jin Liu Baolin Xue Guangcai Xu Le Li Haichun Jing Chengcai Chu | 2018 | Science China(Life Sciences)2018，61，3： | 14 |
| 6 | 基于三维数字化的玉米株型参数提取方法研究显示文摘【目的】玉米株型参数获取是玉米精确化育种和栽培研究的重要环节,研究解决玉米株型参数获取中存在的测量标准不一致、测量精度低、数据难以可视化、算法提取参数精度低等问题具有重要意义。【方法】本文利用三维数字化仪获取玉米植株骨架结构,提出玉米茎、叶、雄穗和雌穗器官三维数字化获取标准规程。通过将植株三维数字化数据旋转至与Z轴正方向平行并平移至坐标系原点进行数据标准化,进一步根据三维数字化数据位置关系,结合各株型参数的定义实现了株高、叶片着生高度、叶片最高点高度、叶长、叶宽、叶展、叶倾角及叶方位角等主要株型参数的提取,同时提出一种新的玉米植株方位平面计算方法,通过构建植株方位平面与各叶方位角角度差绝对值之和作为目标优化函数,进一步对该L1优化问题进行迭代求解得到植株方位平面,当叶数量是偶数时,方法可以给出精确的方位平面区间,在此基础上,引入dev值作为评价植株叶相对植株方位平面偏离度的指标。【结果】利用6个品种吐丝期玉米植株三维数字化数据和人工测量参数数据进行株型参数提取方法验证。结果表明,方法提取的叶长、叶倾角、方位角误差较小,RMSE分别为3.44 cm、3.41°和8.23°,叶长和叶倾角的MAPE分别为4.06%和4.72%,叶宽因叶片在叶脉垂直平面上的曲线形态不一致导致误差相对较大,RMSE和MAPE分别为0.80 cm和7.21%。与传统负方向能量均值法相比,所提出新的玉米植株方位平面计算方法给出了玉米植株方位平面更确切的定量化描述,对于玉米株型的定量评价具有一定价值。【结论】基于三维数字化的玉米株型参数提取方法为玉米株型参数的提取与分析提供了一种精确、便捷、可视的技术手段,对于玉米株型表型组学、玉米功能结构模型及玉米株型优化研究具有重要作用。 | 温维亮 郭新宇 赵春江 肖伯祥 王勇健 | 2018 | 中国农业科学2018，51，6： | 12 |
| 7 | 基于随机森林回归算法的苹果树冠层光照分布模型显示文摘合理的果树冠层结构有利于光照的有效分布,对提升果实产量与品质有重要意义。为揭示果树冠层内部的光照分布情况,针对目前果树冠层内部光照强度获取难度大、预测精度低的问题,研究了冠层颜色特征与光照强度的对应关系,提出一种基于冠层剖面阴影特征和冠层点云颜色特征的随机森林预测模型。以纺锤形'陕富6号'苹果树为研究对象,首先使用Kinect 2. 0采集果树的双面点云数据,预处理后得到完整的点云数据;其次,基于改进的空间殖民算法和叶序添加规则重构果树的三维模型;最后,使用'切片法',在垂直方向上将冠层模型每0. 1 m分层划分,使用POV-Ray渲染器逐层渲染阴影,同时使用光照度计,自顶向下每0. 1 m实测光照强度数据,构建以每层阴影图灰度特征和每层点云HSI颜色特征为输入,以相对光照强度为输出的随机森林网络。试验结果表明,该方法能够较为准确地预测冠层内的光照分布情况,预测值与实际值的决定系数R^2为0. 864,平均绝对百分比误差MAPE为0. 236,RF回归模型可作为苹果树冠层内光照分布预测的有效方法,为果树的剪枝、整形等研究提供参考。 | 师翊 耿楠 胡少军 张志毅 张晶 | 2019 | 农业机械学报2019，50，5： | 12 |
| 8 | 基于三维点云的苹果树冠层点-叶模型重建方法显示文摘为了快速重建苹果树冠层结构三维模型,以纺锤体苹果树冠层为研究对象,利用地面三维激光扫描仪获取冠层三维点云,提出了苹果树冠层点-叶模型重建方法。首先,提出了苹果树冠层叶基自动提取方法,可获取苹果树冠层生长期和叶幕稳定期的叶基,与手工提取的叶基对比分析表明,两种方法重合度较高、误差较小,两种方法的平均欧氏距离为1.41 mm;其次,提出了基于冠层体素化的叶基提取方法,构建了苹果树冠层点模型,并在叶基上拼接叶片模板,构建出苹果树冠层点-叶模型;最后,利用Vege STAR光模型计算光截获进行验证分析,与常规数字化仪测得数据相比,本文方法提高了苹果树冠层三维结构重建效率。 | 郭彩玲 刘刚 | 2020 | 农业机械学报2020，51，4： | 9 |
| 9 | 基于三维点云的玉米果穗几何建模显示文摘果穗是玉米产量的构成器官,为构建高精度玉米果穗几何模型,提出了一种基于三维点云数据的玉米果穗几何建模方法。针对玉米果穗形态结构特征,选取Artec Spider三维扫描仪搭建玉米果穗点云数据快速获取系统并获取果穗点云,然后通过点云配准、重采样和孔洞修补操作得到高质量果穗三维点云,最后基于Voronoi图的网格重建方法重构果穗网格模型。结果表明,所重建的玉米果穗具有较高的真实感,且与基于计算机视觉算法相比精度大幅提高。基于三维点云的玉米果穗几何建模对于玉米果穗的种质资源保存、基于三维数据的果穗考种、玉米器官三维模板资源库构建等工作具有重要的推动作用。 | 温维亮 王勇健 许童羽 杨涛 郭新宇 朱宏宇 董成玉 | 2016 | 中国农业科技导报2016，18，5： | 9 |
| 10 | 虚拟现实环境中的物理模型和仿真及其在农业信息技术中的应用显示文摘虚拟现实技术在现代农业信息领域的作用日益凸显,然而当前的农业虚拟现实环境仍然以静态几何模型为主,具有真实物理意义并符合真实环境物理规则的动态模型和交互模式仍然没有普及。基于物理的模型和仿真方法具有机理上的优势,能够在自然环境包括农业生物和农业生产场景的动态建模与真实感交互方面增强虚拟交互的真实感和互动体验的沉浸感。本文阐述了基于物理的建模方法本质和意义,总结了农业虚拟现实环境中的物理建模和仿真的研究进展,分析了基于物理方法在植物形态学、运动学、动力学、生物力学以及环境物理场建模与仿真方面的应用原理和基本方法,并探讨了物理模型和仿真方法在农业虚拟现实乃至农业信息化中的潜在作用和未来的发展趋势。 | 秦洪 肖伯祥 | 2018 | 科技导报2018，36，11： | 9 |
| 11 | 基于角度约束空间殖民算法的树点云几何结构重建方法显示文摘激光点云数据包含信息丰富、精度高,在森林演变、植物模型重构方面应用广泛。为提高树三维重构时的精度与真实感,提出一种基于实测点云数据的三维重构方法。首先,使用Kinect 2.0采集树的双面点云数据,在树根附近放置塑料标准球作为标记,使用人工标记法粗配与ICP算法精配相结合的方式对获取的双面点云数据进行配准,得到树完整的点云数据;其次,引入生长角度约束改进空间殖民算法生成树的三维骨架,根据管道模型估算树枝粗度,使用广义圆柱体生成树干;最后,对叶片单独建模,根据叶序规则添加树叶完成树的三维重构。以玉兰树、枫树以及Limit Tree为例进行重构试验,试验结果表明,该方法能够逼真地模拟树的三维形态结构,较好地展现树的拓扑结构关系,重构误差在6.5%以内,可为虚拟树木三维建模、虚拟修剪以及树的拓扑结构分析等研究提供参考。 | 师翊 何鹏 胡少军 张志毅 耿楠 何东健 | 2018 | 农业机械学报2018，49，2： | 9 |
| 12 | 基于棋盘格的可变参照物叶面积测量方法研究显示文摘为进一步提高在图像处理方面的叶片面积测量精度,提出一种基于棋盘格的可变参照物叶面积测量方法。首先利用智能手机拍摄叶片图像,进行叶片图像分割,根据叶片分割结果选择与其面积相近的棋盘格作为参照矩形,然后提取棋盘格亚像素级角点信息实现图像几何失真校正,通过比例关系计算叶面积。为验证方法的精确性,对已知面积的规则图形进行试验,本文方法平均误差最大值为0.23%;并以相对精确的坐标纸法作为标准测量方法,与固定面积参照物方法进行比较,随着叶片面积与参照矩形面积比的增大,测量误差增大,本文可变参照物方法测量平均误差最大为0.51%。试验结果表明,对不同叶面积的测量,本文方法测量精度在99%以上。 | 施滢 夏春华 | 2021 | 中国农机化学报2021，42，5： | 8 |
| 13 | 三维激光扫描技术在路堤沉降观测中的应用显示文摘为有效解决现阶段路基整体差异沉降无法有效监测,仅通过单点监测反应沉降的问题,结合三维激光扫描技术在农林、矿井及隧道等领域的成功应用,将其引入拓宽路基的沉降整体监测。对石安高速公路改扩建工程的新旧路基整体沉降进行动态监测,分析新旧路堤差异沉降的整体变化规律,并与单点沉降进行对比,验证三维激光扫描技术在公路改扩建工程中的适应性。结果表明:新老路堤交接处和路基无处置措施处的沉降量变化最明显;经过4个月的固结,传统的单点观测沉降量最大为1.6 mm;三维激光扫描测得整体沉降量小于1 mm,观测结果准确性提高约38%,且更能反应整体沉降的动态,监测结果误差满足精度要求,同时兼具快速、准确和整体观测的优点,说明三维激光扫描技术可用于拓宽工程的新旧路堤沉降监测和评价。 | 李海滨 唐国茜 赵桂娟 马庆伟 王光辉 | 2021 | 西安科技大学学报2021，41，1： | 7 |
| 14 | 玉米器官三维模板资源库构建显示文摘玉米器官三维模板资源库的构建能够为数字玉米技术体系的建立提供信息完整、具有高真实感的玉米器官三维模型。首先,对玉米植株进行结构单元划分,然后,通过分析玉米各器官的形态结构特征,从三维数据获取方式的角度制定玉米主要器官三维数据获取规范,按该规范开展玉米主要器官三维数据获取工作,并基于所获取的实测数据进行器官几何模型构建,最后,以所构建的玉米器官几何模型为内容,以品种、器官和生育时期等作为关键字构建玉米器官三维模板资源库。资源库包含了具有农学参数的多品种、多生育时期玉米器官几何模型,其构建将有利于数字玉米在玉米行业的各方面发挥作用,也为其他植物的三维模板资源库构建提供了参考。 | 温维亮 郭新宇 卢宪菊 王勇健 赵德达 廖维华 | 2016 | 农业机械学报2016，47，8： | 7 |
| 15 | 多信息融合的马尾松苗木静态指标检测方法显示文摘获取马尾松形态指标和主要生理指标有助于筛选优良的造林苗木。利用先进的立体视觉3D重构技术和化学计量学方法(近红外光谱检测技术)实现马尾松苗木的静态指标精准测量。首先搭建软硬件实验平台,通过图像采集系统获取图像序列,在计算机上通过算法重构出马尾松苗木的3D模型,提取马尾松苗木的形态学指标;然后利用化学计量学方法挖掘近红外光谱中的有用信息,并采用偏最小二乘回归方法建立线性模型,从而达到苗木主要生理指标的快速、无损测定。所选取的研究方法得到的马尾松苗木质量指标与人工实际测量得到的数据具有很强的相关性。基于多信息融合的马尾松苗木质量检测方法精度高,可满足林业调查要求,并为马尾松苗木活力相关研究提供了新的思路。 | 李玉荣 刘英 汪力 | 2019 | 林业工程学报2019，4，5： | 6 |
| 16 | 水稻叶片三维建模与叶色渲染显示文摘提出一种简单的水稻叶片三维建模与可视化方法。通过输入一张二维水稻叶片图像,提取叶片的基本轮廓,创建样条曲线并计算这些样条曲线的交点,然后将这些样条曲线相互连接构建水稻叶片分支脉络,从而建立叶片三维网格模型。利用纹理映射技术,将真实水稻叶片灰度纹理图像作为模型材质贴图,得到富含材质信息的叶片模型,结合前期建立的水稻叶色R、G、B三通道与SPAD的关系模型,实现了水稻叶色的实时渲染,得到的结果真实感强。 | 汪丽萍 何火娇 杨红云 | 2017 | 计算机工程与应用2017，53，24： | 6 |
| 17 | 基于移动机器人平台的玉米植株三维信息采集系统显示文摘为了快速、无损、自动获取玉米植株的三维信息,设计了一种基于移动机器人平台的玉米植株三维信息采集系统。首先,通过四轮驱动移动机器人与升降平台配合,精准控制Xtion深度相机多视角采集盆栽玉米植株的三维点云数据;然后,对获取的点云进行配准拼接与滤波,实现玉米植株的三维重建;最后,对重建后的玉米模型进行叶片的分割与参数测量。该系统的移动机器人运动误差可以控制在1cm之内,玉米植株叶片参数测量误差在1%~5%之间,证明了该系统进行玉米植株三维信息采集的可行性。 | 李鹏 劳彩莲 杨瀚 冯宇 | 2019 | 农业机械学报2019，50，B07： | 6 |
| 18 | 基于苹果树冠层计盒维数的光照分布预测显示文摘果园精细管理中,苹果树冠层结构决定了叶幕期光照分布情况,而叶幕期光照分布又是关系到果实产量和质量的重要因素之一。该文以纺锤体苹果树为研究对象,提出了基于苹果树冠层计盒维数的光照分布预测方法。在冠层尺度内,按照网格法划分休眠期苹果树冠层三维点云数据,通过分析该数据构成的果树冠层空间结构,提出用计盒维数量化果树冠层结构的方法;通过分析休眠期冠层结构特征和叶幕期冠层相对光照分布特点,研究了休眠期苹果树三维冠层网格空间计盒维数与叶幕期冠层光照空间分布之间的关系,预测了叶幕成形期苹果树冠层光照分布。通过连续3 a的数据分析,叶幕期苹果树冠层阳面光照分布平均预测精度为76.11%,阴面平均光照分布预测精度为74.10%,该方法可为苹果树自动化修剪合理性评判提供技术支持。 | 郭彩玲 张伟洁 刘刚 冯娟 | 2018 | 农业工程学报2018，34，16： | 5 |
| 19 | 基于变化光源方向多图像的植物叶片表观三维模拟显示文摘为了真实准确地模拟植物叶片表观颜色,提出一种基于多图像的叶片表观模拟方法。首先搭建基于线性光源的表观图像采集系统,用以获得400张视线角度固定、光源方向变化的叶片图像集合;采用拟合方法自动地从400张图像中获得整个叶片表面的表观特征参数,包括漫反射强度、高光反射强度和粗糙度;利用该拟合方法对线性光源移动条件下理想物体的各种反射特征的变化情况进行仿真计算,然后针对叶片图像中的每个像素寻找与仿真计算结果最接近的表观模型参数作为拟合结果。通过该拟合方法,可将叶片表面上各个位置的表观参数合成3张表观参数图像,采用基于点光源的实时光照方法测试最终的可视化模拟效果。从模拟结果中可以看出利用该文方法得到的结果能够真实地表现叶片自身的表观质感特性,相对于传统方法更加真实准确。 | 苗腾 郭新宇 赵春江 肖伯祥 王传宇 温维亮 | 2016 | 农业工程学报2016，32，9： | 5 |
| 20 | 基于形态重构的叶片性状特征可视化表达方法显示文摘针对目前叶片性状特征在信息融合与表达过程中存在单一性及抽象性等问题,提出一种基于形态重构的叶片性状特征可视化表达方法。以温室黄瓜叶片生长为例,将有效积温、生长速率等作为特征参数,建立叶片形态发生模型,利用参数化样条曲线描述叶缘、叶脉的几何形态,采取二分法递归地分割叶缘及叶脉曲线,以实现叶片曲面的网格化细分,结合叶色纹理信息映射模型,提出叶片性状特征的可视化表达方法。实验结果表明,运用该方法得到的叶片性状特征模拟值与观测值之间的相对误差较小,其决定系数均达到0.95以上,均方根误差不大于0.236,与传统的建模方法相比,该模型具有更高的拟合度和可靠性,能够有效实现黄瓜叶片性状变化的动态仿真,可为实时掌握和预测植物生长发育状况提供依据。 | 唐卫东 刘振文 刘冬生 龙满生 | 2019 | 农业机械学报2019，50，8： | 5 |
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