【摘要】：虛擬作物是對作物生長過程中形態(tài)結構以及影響因子與其相關關系進行模擬,并且采用計算機中的動態(tài)展示技術對其生長過程中的變化規(guī)律進行可視化表達。虛擬作物的一個重要研究方向是作物形態(tài)特征的分析與提取,目前油菜形態(tài)模型模擬包括油菜地上部形態(tài)結構研究與根系形態(tài)結構研究,本文主要利用三維掃描手段獲取油菜的點云數據,并對其形態(tài)特征進行分析和測量,通過生長參數的提取分析,為油菜栽培管理、株型控制等相關研究提供依據。三維激光掃描儀的快速發(fā)展為高精度點云數據的獲取提供了新的手段,本文利用三維掃描儀獲取油菜植株點云數據,并建立油菜葉片曲面重構模型和油菜葉曲線模型,從兩種模型可以提取油菜生長參數:葉片面積、葉長、葉傾角等完成了油菜生長形態(tài)參數的無損化測量以及生長過程的動態(tài)模擬。本文主要研究內容包括:(1)油菜葉片三維重建,本文采用以下步驟進行油菜葉片三維重建。首先對油菜葉片點云數據建立KD樹并構建空間拓撲關系,并采用K-近鄰算法和人機交互的方式對油菜的點云數據進行降噪處理。其次,對比分析了基于隨機采樣算法、基于點間距均勻分布精簡算法以及基于曲率的精簡算法三種方法對葉片點云進行簡化處理結果,表明基于曲率的點云簡化算法顯著提高計算機運行效率,可以大量保留油菜葉脈和葉輪廓特征點。最后,本文基于Delaunay三角化算法對油菜葉片點云進行網格化,并提出基于點間距網格優(yōu)化算法對油菜網格化結果進行優(yōu)化處理,去除多余冗余邊。(2)油菜葉片葉曲線擬合研究,本文采用一般二次方程、一般三次方程、Fourier函數和正弦和函數四種方程對油菜葉中脈進行擬合研究,通過驗證參數對比檢驗,四種曲線模型擬合的判定系數(~2)都保持在0.9700以上,改進Hausdorff距離(LTS-HD)都穩(wěn)定在2.0mm以內,擬合模型效果優(yōu)度良好。基于擬合函數運用弧長公式,計算得到油菜葉片長度,通過對葉片模擬值與實測值的統(tǒng)計檢驗,四種函數對葉長都有很好的擬合效果,與實測值相差不大,相關系數都在0.9以上,對油菜葉長的模擬效果很好,其中正弦和函數擬合效果最好,為精準測量油菜葉長提供了較好的方法。(3)本文基于油菜三維模型和葉曲線模型,提取油菜生長形態(tài)參數:油菜葉面積、油菜葉片長度、葉傾角等,分析和比對不同時期的油菜生長參數變化,完成了油菜生長參數的動態(tài)模擬。
【圖文】：

圖 1-1 技術路線圖Fig.1-1 Technology Roadmap1.5 章節(jié)安排本文一共由六章組成，其具體章節(jié)安排如下：第一章，緒論部分，描述了論文的研究背景和意義、作物生長模型和形態(tài)模型研究現狀、油菜生長模型和形態(tài)模型研究現狀、論文的研究內容和章節(jié)安排五個方面。第二章，，研究思路和方法，內容包括研究技術路線圖，試驗材料和研究對象，對三維激光掃描技術和油菜試驗進行介紹。第三章，油菜葉片三維重建技術研究，介紹了油菜葉片三維重建技術的關鍵步驟，包括油菜點云去噪，點云簡化、Delaunay 三角化以及網格優(yōu)化，具體研究

圖 2-1 機載三維激光掃描系統(tǒng) 圖 2-2 車載三維激光掃描系統(tǒng)Fig.2-1 Light Detection and Ranger(LiDAR) Fig.2-2 car 3D laser scanning system圖 2-3 地面三維激光掃描儀 圖 2-4 手持式三維激光儀Fig.2-3 Ground 3D laser scanner Fig.2-4 Handheld 3D laser scanner基于三維激光掃描儀的特點，國內外一些公司分別研發(fā)了不同的激光掃描系統(tǒng)，表 2-1 為幾種常見的三維激光掃描系統(tǒng)及其參數介紹。
【學位授予單位】：華中農業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.9;S565.4

【參考文獻】

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本文編號：2645543