基于磁导引的履带式小车作物图像自动采集系统设计与试验

为实现自动高效获取农作物的生长图像,设计了1种适用于旱田作物的高通量履带式小车图像采集系统。系统采用磁导引传感器和磁条实现小车在田间按路径自动行走;采用履带式小车底盘结构以保证系统在田间复杂环境下能稳定运行;在小车支架两侧分别安装俯视和侧视相机,可同时采集2个作物行的俯视图和侧视图,以提高工作效率;运用无线通信技术远程监控小车运行情况;系统顶端安装太阳能电池板,为小车在运行时补充电能。以盆栽玉米植株为研究对象,用该系统采集了玉米幼苗期到抽穗期的植株图像,结果表明,该系统运行稳定可靠,在旱田以0.1m/s速度作直线行驶时,绝对误差小于2cm,最小转弯半径为0.5m,连续采集模式下单个相机采集效率为30张/min,能满足实际需求。     

基于运动恢复结构的玉米植株三维重建与性状提取

针对传统的玉米植株性状测量方法存在主观性强、劳动强度大、有损伤等问题,提出了基于运动恢复结构(Structure from motion,Sf M)的户外玉米植株三维重建方法,并提取了株高、单株最小包围盒体积、茎粗、叶面积、叶片数、叶夹角等11个性状参数。采用前期研制的小车,在户外采集不同视角下的玉米植株图像(采集间距为5～6 cm),基于Sf M算法获取玉米植株三维点云;运用直通滤波、圆柱拟合和条件欧氏聚类算法自动分割单株、茎秆和叶片等点云数据,基于距离最值遍历、三角面片化等算法实现株高、茎粗、叶面积等11个性状的准确、无损测量。结果表明,与人工测量值相比,测得的株高、茎粗和叶面积的平均绝对百分比误差分别为3. 163%、4. 760%和19. 102%,均方根误差分别为3. 557 cm、1. 540 mm、48. 163 cm2,决定系数分别为0. 970、0. 842、0. 901。研究表明,本文方法适用于作物表型户外测量,为表型研究提供了一种新的作物表型户外测量方法,同时还证明,株高和单株最小包围盒体积可以显著区分低地上部生物量玉米植株和高地上部生物量玉米植株。