基于运动恢复结构的无规则植物叶片面积三维测量方法

接触式测量植物叶片面积的方法会对叶片造成一定程度的伤害,为此本文提出一种仅利用智能手机的非接触式多类别无规则叶片面积三维测量方法.首先,采用运动恢复结构方法获取植株的三维重建点云,在HSV颜色特征空间去除叶片三维噪点;然后,利用模糊C均值聚类算法分割单个叶片,重建叶片表面三角网格;最后,通过网格法计算叶片面积.对5种不...     

基于结构光三维点云的棉花幼苗叶片性状解析方法

针对传统的棉花叶片表型测量方法主观、低效,对复杂性状如卷叶程度、黄叶占比等很难量化的问题,提出一种基于结构光三维成像的棉花幼苗叶片性状解析方法。首先,采用结构光扫描仪获取棉花幼苗的三维点云数据;然后,利用直通滤波、超体聚类、条件欧氏距离算法,实现叶片点云的识别与分割;最后,基于分割的叶片点云,采用三角面片化、随机采样一致性、Lab颜色分割等处理,实现叶片面积、周长、生长角度、卷曲度、黄叶占比等参数的快速、准确、无损提取。对40株棉花幼苗进行三维结构光成像试验,结果表明,3D叶片面积、周长测量的平均绝对误差分别为2. 59%、2. 85%,具有较高的测量精度,还证明叶片卷曲度和黄叶占比能显著区分病叶和正常叶。     

黄瓜叶片三维重建方法研究与实现

为了真实虚拟黄瓜叶片形态和叶片纹理,实现黄瓜的动态生长三维虚拟,提出了用图像处理提取黄瓜叶片边缘特征点进行叶表面重建,借助粒子系统思想构造叶片纹理并与叶表面合成的叶片三维重建方法,用曲面投影法实现叶片的弯曲变形.结果表明,该方法较好地保持了黄瓜叶片边缘形状,真实地反映了叶片纹理的细节特征以及叶片在空间的弯曲变形.     

基于光度立体视觉的蔬菜秧苗叶片形态测量方法

为了实现蔬菜秧苗长势智能化在线评估,设计了基于光度立体视觉的蔬菜秧苗叶片曲面形态测量方法和装置,用于对叶片倾角、长度和面积进行精确测量。以15~30 d苗龄辣椒秧苗为测量对象,构建了针对其冠层叶片形态测量的试验装置。根据4组光源在标定球表面成像的反射关系组合方程,标定其对秧苗叶片的照射向量;以D65白色标准板为参考,采用图像RGB分量线性矫正的方法,对不同方位光源辐射强度差异进行补偿,克服光源强度波动对叶片图像明暗信息的影响。根据叶片在不同方位光源照射下图像的明暗特征,基于光度立体视觉获取主叶脉区域离散梯度信息,在此基础上采用最小二乘方法拟合叶片空间平面,以恢复叶片空间倾斜信息,进一步结合叶片图像尺寸测算其实际长度和面积。试验结果表明,视觉系统对秧苗倾角、叶片长度和面积的测量结果与人工测量结果相比平均偏差分别为6.29°、3.82 mm、56.53 mm2,叶片长度和面积与人工测量结果的决定系数R2分别为0.936 3、0.866 4,且对于叶片伸展充分、无遮挡的幼龄秧苗测量精度较高,可为进一步开发温室苗床秧苗长势在线监测设备提供重要技术支撑。     

基于自由曲面变形方法的离心泵叶片反问题方法研究

提出了一种基于自由曲面变形(FFD)方法的离心泵叶片反问题新方法。采用自由曲面变形方法对叶轮叶片形状进行控制,将叶片空间曲面嵌入到一个均匀剖分的三参数张量积控制体内,移动控制晶格点位置使控制体发生变形,控制体内的叶片曲面形状随之改变。根据给定的叶片目标载荷分布进行叶片形状的控制,构建控制晶格点的变形函数,根据叶轮内三维湍流数值模拟结果与期望的叶片载荷分布规律控制晶格点的变形,实现了由物理参数对叶片形状的直接控制。算例计算结果表明,所提出的基于FFD方法的离心泵叶片反问题方法是可行的。     

基于光学相机的植物表型测量系统与时序生长模型研究

为提高形态表型检测速率,满足形态表型测量的标准化需求,以拟南芥为例,提出一种测量植物三维形态特征的方法,并建立植物时序生长方程和可视化模型,构建了一套经济实用、面向拟南芥生长过程的形态表型测量机器视觉系统。通过光学相机采集拟南芥植株的二维图像序列,利用运动中恢复结构算法生成三维点云;设计一种彩色标板,基于彩色标板的坐标系标准化方法,提取拟南芥植株的点云并标准化坐标系。与传统人工接触式测量值相比,该系统交互测量的拟南芥叶片宽度、长度、主茎长度、叶片面积、叶片间夹角的平均相对误差分别为9. 83%、10. 10%、1. 07%、4. 09%和4. 37%。利用该系统采集哥伦比亚野生型拟南芥生命周期内的形态表型信息,拟合其数学生长模型,并使用L-studio软件,将时序生长模型可视化表达。结果表明,植物固定、传感器移动的平台结构解决了传统传感器固定、植物移动方式导致的植物抖动从而影响三维重建效果的问题,可快速、准确、可靠地提取植物表型信息。基于彩色标板的点云坐标系标准化方法在每个单位时间都能够对拟南芥植物对象进行参数提取,与传统的人工接触式测量方法相比,效率高、速度快,可满足拟南芥的形态表型分析需要。     

基于棋盘格的可变参照物叶面积测量方法研究

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,...     

三维测量中相机镜头畸变修正算法的研究

作为逆向工程技术的必要手段,三维测量技术在工业和农业领域有着广泛的应用.利用图像识别技术捕捉曲面特征点三维坐标是三维测量的一种有效方法,而相机的镜头畸变是造成数字相机影像误差的主要原因之一.为了保证测量精度,必须对镜头畸变进行修正.在阐述镜头畸变类型的基础上,对相机镜头畸变的修正模型进行理论推导,并提出一种简单快捷的修正参数求解方法.     

基于像素空间的植物叶片干枯褶皱模拟

提出一种基于像素空间的植物叶片干枯褶皱模拟框架,可实时地对叶片的干枯现象进行真实渲染.首先基于植物的干枯叶片图像生成褶皱法向量纹理并对其进行无缝处理;其次将褶皱法向量纹理映射到叶片三维模型上;然后构建融合函数将褶皱法向量与叶片模型法向量进行插值,使叶片模型的法向量可在无褶皱和充满褶皱两种状态之间进行光滑过渡;最后从几何空间对植物叶片进行面积缩放仿真.结果表明,本文方法简单高效且真实感效果好,因此,适用于以交互浏览为目的的虚拟农业应用系统中.     

基于Android系统手机的叶面积测量方法

为了快速无损测量植物叶片的面积,利用Java编写的软件,以Android智能手机为工作平台,使用图像处理技术对植物叶片面积进行测量。测量步骤分为:图像获取、图像分割、图像二值化、滤波去噪、叶片面积计算。采用该方法分别对面积为100mm2的三角形、100mm2的正方形、314.15mm2的圆、112.26mm2的正五角星在150mm和200~800mm之间间隔为100mm的8个距离段进行了面积测量,结果显示其测量误差范围在-0.62%~0.79%之间。应用该方法测量了代表不同植物叶片形状的番茄、茄子和枫叶叶片,当手机和叶片的距离在300~600mm时,测量结果与LI—3100型叶面仪测得的结果偏差在±1%以内,其他距离段偏差均大于1%。本研究设置图像为2560像素×1920像素,测量精度能达到0.001cm2,证明该方法具备精确测量叶片面积的能力。     

基于三维点云的叶面积估算方法

为实现低成本无损精确测定叶片面积,基于运动恢复结构算法获取点云,提出了一种融合叶片点云分割、表面重建及叶片面积无损估测等过程的植物叶片面积提取方法。首先,基于运动结构恢复算法,以智能手机获取的可见光图像重建植物的三维点云;其次,为了还原叶片表面形状,基于HSV颜色空间,使用阈值分割法去除叶片点云的噪点;使用K-means聚类算法对点云的三维坐标矩阵进行分类,实现单片叶片点云的分割;基于滚球算法重建叶片的表面网格模型;最后,通过计算网格面积求得叶片面积。与常规叶面积测定方法进行了对比,本文方法的计算结果与扫描叶片法测定值相比平均误差为1.21cm2,误差占叶片面积的平均百分比为4.67%;与叶形纸称量法测定值相比平均误差为1.41cm2,误差占叶片面积的平均百分比为6.05%。结果表明,本文方法成本低、精确度高,可满足植物叶片面积无损精确测定的需求。     

基于Android手机的水稻剑叶角测量系统

为了快速、无损地测量水稻剑叶角,设计了基于Android智能手机的便携式水稻剑叶角无损测量系统。采用智能手机后置摄像头获取水稻剑叶基部图像,经过图像预处理、直线检测、K-means聚类和向量方法等处理过程,得到水稻剑叶角。基于Android编程技术对系统软件进行设计,实现了在Android平台下利用JNI和Android NDK调用基于Open CV库的剑叶角提取图像处理算法,实现了新建试验、材料信息输入、摄像头获取剑叶基部图像、计算输出剑叶角及保存数据等界面操作流程。利用该测量系统在田间对4个品种的80株水稻进行剑叶角测量试验,以验证系统性能。试验结果表明,和人工用量角器测量结果相比,该系统测量的平均绝对误差为1.34°,相对误差为2.7%,测量值和真实值相关系数为0.997,能有效测量剑叶角。     

柴油机功率强化前后气缸盖的温度场模拟与试

对功率强化前后的柴油机分别进行了性能仿真计算,进而确定了缸盖温度场计算的边界条件;利用有限元软件对气缸盖进行三维稳态热分析,并考虑了冷却水沸腾换热的影响;在该柴油机的单缸试验机上进行了稳态温度场测量试验,分析了试验和计算结果;得到了火力面边界条件的设置规律、稳态温度场随工况的变化关系和单缸机与多缸机的稳态温度场差别.     

基于Kinect相机的穴盘苗生长过程无损监测方法

为实现工厂化穴盘苗的无损测量,提出一种基于Kinect相机的穴盘苗生长过程无损监测方法。以黄瓜穴盘苗为监测对象,在穴盘苗正上方架设Kinect相机,获取穴盘苗的彩色图像和深度图像,并进行彩色图和深度图之间的像素匹配;通过对彩色图像进行预处理、阈值分割、形态学运算和连通分量统计,获取穴盘发芽率;同时,由图像分割获取的幼苗轮廓和深度值计算得到叶片中心像素点坐标及其对应的深度,以此得到相机到幼苗叶片中心的高度,结合相机到穴盘格的距离和穴盘高度,实现对穴盘苗株高的监测;将深度图像进行直通滤波、条件滤波、边界保持滤波处理,有效去除穴盘苗周围的背景噪声以及波动幅度大的深度数据,获得幼苗叶片中像素点的有效深度,通过在深度图像中对叶片进行重建实现叶面积分析;基于获取的穴盘苗株高和叶面积建立壮苗指数评价模型。利用穴盘苗生长过程监测数据进行实验验证,结果表明,在发芽后5 d内,发芽率误差不大于1.567%;株高和实际株高之间的拟合优度R²为0.875,RMSE为1.395 mm;叶面积平均误差为2.15%;壮苗指数拟合优度R²为0.958。说明本文设计的穴盘苗监测方法可以实现对穴盘苗的发芽率、株高、叶面积和壮苗指数的无损监测,为工厂化穴盘苗生长过程监测提供了有效的解决方案。     

南迪普火电厂循环水泵站进水流道水流特性三维数值模拟

电厂循环水泵站进水流槽的水流特性对水泵的工作状况和安全运行有着极其重要的影响。本文以k—ε湍流模型封闭Reynolds方程,采用VOF法追踪自由表面及SIMPLE算法求解方程组,对南迪普火电厂循环泵站进水流槽进行了三维数值模拟。结果表明,吸水室水流平稳,流速分布基本均匀、对称,流道内水面线及吸水室中流速分布与实测值吻合良好;吸水喇叭口与吸水管中水流平顺,流速分布均匀、对称。本文以物理试验验证数值模拟,使得数值模拟值真实、可靠,进而详细地分析了喇叭口及吸水管的水流特性,对电厂循环水泵站进水流槽的设计有一定的参考作用。     

外啮合齿轮泵困油面积和卸荷面积计算式的建立

为利于后续困油现象的定量分析,基于泵齿轮传动的几何关系及它与卸荷槽的空间位置关系的解析和过渡曲线的适当简化,以啮合点与节点之间的距离为变量,建立了困油面积的计算公式和卸荷面积的拟合公式,并对计算结果与由精确的虚拟模型获得的测量结果进行了对比.研究表明:困油面积和卸荷面积均可采用不同指数的抛物线线型表示,过渡曲线的简化是可行的,提供的拟合常数可直接使用.得出的两面积计算公式正确可靠,可直接用于后续困油压力的预测.     

基于坐标变换的玉米根茬三维模型建立

提出了一种将玉米根茬结构离散化为多段根节,根据实测统计参数,以坐标变换为理论基础创建玉米根茬随机三维模型的方法.创建模型过程中,采用NURBS曲线拟合的方法处理实测数据,分别以NURBS曲线和NURBS曲面进行形态创建和表面创建.以Matlab软件、三维CAD软件为工具,以IGES文件为接口将创建的玉米根茬模型导入三维CAD软件和有限元分析软件.所建模型可用于玉米根茬力学性能分析研究.     

遮挡条件下基于MSF-PPD网络的绿萝叶片点云补全方法

针对在自然场景中,由于遮挡、视角限制和操作不当等问题,导致传感器获取的植物或器官点云不完整,提出了一种基于多尺度特征提取模块结合点云金字塔解码器(Multi-scale feature extraction model with point cloud pyramid decoder,MSF-PPD)的叶片形状补全网络。首先,采用多尺度特征提取模块实现不同维度特征信息的全局提取和融合,其次,通过点云金字塔解码器进行叶片点云的多阶段生成补全,最终得到完整的目标叶片形状。使用曲面参数方程构建绿萝叶片仿真模型库,并将其离散成点云作为网络模型训练的训练集和验证集,使用Kinect v2相机获取绿萝叶片点云作为网络模型补全性能评估的测试集。试验结果表明,本文网络结构对叶片点云补全的效果理想,证明本文方法能够对遮挡情况下的绿萝叶片进行高效、完整的补全。     

杂草叶片表面结构对雾滴铺展和蒸发的影响

为了揭示不同表面结构的杂草叶片上雾滴的铺展和蒸发情况差异,设计试验研究了0.5%草甘膦在含有系列体积分数有机硅助剂的情况下,选择228,288μm两种粒径雾滴,分别沉积于毛刺、蜡质、粗糙等3种结构叶片表面时的铺展与蒸发情况.试验过程由数码摄像机记录,以获取雾滴完全蒸发所需的时间.并使用Matlab图形处理工具箱对视频中表征雾滴最大铺展面积的数字图像作分割处理,计算雾滴最大铺展面积.结果显示,粒径相同的情况下,在同一结构的叶片表面,雾滴所含有的有机硅助剂体积分数与雾滴的铺展面积呈正相关,而与雾滴的蒸发时间呈负相关.粒径大小相同、含有机硅助剂体积分数相同的雾滴在毛刺叶片表面的铺展效果最好,而蒸发最快;雾滴在蜡质叶片表面铺展面积与蒸发时间受有机硅体积分数变化的影响最为明显;在粗糙结构叶片表面,粒径较小的雾滴受其＂沟壑＂结构影响较难铺展,而粒径较大雾滴的铺展受＂沟壑＂结构影响不明显.