水稻叶片三维可视化建模

根据水稻叶片的三维形态特征,应用Hermite曲线描述的水稻叶片边缘信息和简单一元二次曲线描述的叶中脉空间曲线,构建了一种符合生物学规律的水稻叶片弯曲三维模型。并且通过对叶片边缘点绕叶中脉的旋转构建了叶片的扭曲模型,较真实地反应了自然条件下水稻叶片的三维空间形态。     

基于视频的植物动画合成方法

植物动画合成是当今的一项研究热点,运动信息的提取与重构是在计算机上实现高效、逼真植物动画合成的基础和关键。以玉米为研究对象,采集真实的植物运动视频,将视频转换为图像序列并选取若干关键帧。研究数字图像处理算法,提取图像前景目标,并对目标细化和毛刺去除得到清晰、完整的二值植物骨架图像。基于植物骨架图像提出了植物动画特征点数据提取方法,并将特征点数据映射到三维植物模型,实现了数据驱动的植物动画。     

水平低周反复荷载作用下钢管混凝土框架柱的非线性有限元分析

介绍了矩形钢管混凝土柱的三维非线性有限元分析方法,建立了钢管混凝土框架柱的三维非线性有限元模型,利用此模型对在低周反复荷载作用下不同轴压比的钢管混凝土框架柱进行有限元分析,通过与在低周反复荷载作用下的钢管混凝土框架柱的实测滞回曲线、骨架曲线及位移延性进行对比,表明该模型的计算结果较为精确,可以应用于钢管混凝土的整体框架结构分析中,为进一步开展钢管混凝土柱的研究提供基础.     

基于三维数字化的玉米株型参数提取方法研究

【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。     

Richards函数与Schnute生长模型的比较

在分析Richards生长函数的假设和性质的基础上,探讨了Richards方程在实际应用时所出现的两个特例(m<0),并介绍了Schnute生长模型的假设及推导过程。通过详细比较Richards函数与Schnute生长模型的假设、公式推导、参数之间关系以及两个模型的函数表达式和拟合实例,论证了Schnute模型并非为一新的理论生长方程,而与Richards方程完全相同,属于Richards函数的另一种解的表达式。当Richards方程中参数m不受约束时,完全可以拟合一些特殊的生长曲线,结果与Schnute模型完全相同。     

基于点云骨架的单木分枝参数提取研究

地面激光扫描技术在获取树木参数的应用中发挥了重要作用,而图形学算法为实现单木结构参数自动提取提供了可行的方法。本文提出一种基于地面激光扫描数据来获取单木分枝结构参数的方法,应用SkelTre算法对激光扫描仪获取的单木点云数据进行处理得到单木的骨架模型;根据骨架模型邻边的拓扑关系搜索与各个分枝相连接的节点提取分枝结构,计算枝长;在分枝着枝点处以骨架线为轴作横切面,应用凸包算法提取横切面点云外包多边形并计算分枝直径;对枝长和分枝直径的实测值和模型的估计值进行回归分析分别得到二者的对比分析结果,枝长的实测与估计值回归分析结果为Y=1.006X+1.335,显著性值为0.001,分枝直径的回归分析结果为Y=0.923X+0.105,显著性值为0.000。实验结果表明,基于地面激光扫描数据提取骨架模型以获取单木的分枝结构和提取分枝结构参数(如枝长、分枝直径)的方法具有很好的适用性和应用前景。      

基于改进C-V模型的棉花叶片目标提取方法

为解决自然条件下棉花叶片因其轮廓几何边缘长势不均匀所导致的叶片目标提取不精准问题,提出一种基于改进C-V模型的棉花病害叶部目标提取方法。在传统C-V模型的基础上,将长度惩罚项和符号距离函数的约束能量项引入能量模型中,以达到对演化曲线长度变化的约束目的,从而完成对整幅图像目标特征的提取。本研究算法先对待分割的图像设置初始曲线,并利用高斯滤波算子对待分割图像进行平滑滤波处理,然后根据图像全局灰度信息和局部二值匹配信息建立能量方程,根据其离散化形式,对水平集函数进行演化,并从中提取演化曲线,最后根据水平集函数演化过程所满足的终止条件,输出图像分割结果。按照不同天气条件和不同背景采集了1 200幅棉花叶片样本图像,对本研究算法进行测试。试验结果表明:本研究算法对于晴天、阴天和雨天图像中目标(棉花叶片)轮廓提取准确率分别达到82.23%、82.73%和84.60%。分割结果表明,本研究算法能够对3种天气条件(晴天、阴天、雨天)与4种复杂背景(白地膜、黑地膜、秸秆、土壤)特征混合的棉花叶片图像目标特征轮廓实现准确提取。     

利用跟踪球技术与OpenGL实现3D模型的显示控制

跟踪球技术广泛应用于三维模型的控制程序中,可以方便实现对三维模型的旋转控制。本文介绍了跟踪球技术的原理,介绍了OpenGL实现三维模型的显示方法,并利用跟踪球技术结合OpenGL编程实现了三维模型的旋转、平移和缩放控制。     

三维扫描技术在农业领域的应用及发展

三维扫描技术具有数据采样迅速、精确度高、受外界影响小、非接触式测量等优点,在农业领域得到了广泛的应用。文章从农业机械研究及设计、植物表型研究和动物形态研究3个方面,阐述了三维扫描技术的研究进展,介绍了逆向工程、植物模型构建和动物形态参数提取的研究成果,总结了目前三维扫描技术应用过程中存在数据处理复杂、动物形态研究较少和模型耦合深度不足的问题,并对三维扫描技术的发展趋势进行了展望。     

基于点云数据的树在风中可视化模拟

研究树木在不同风速下的动态模拟对预测树木受自然灾害的程度具有重要意义。本研究采用三维激光扫描仪对树枝骨架进行提取,并构建树枝模型,同时建立树叶及风场模型,通过受力分析探索树木运动规律,利用OpenGL模拟树在风中的可视化运动过程。研究结果表明,可视化模拟具有较强的真实感,为自然灾害下树木的动态模拟提供了参考。     

基于轮廓投影的盆栽水稻三维重建方法研究

近几年,基于图像的高通量水稻表型研究取得了极大进展,但从三维层面进行研究的工作则相对较少。一般而言,相对于二维图像,从三维模型中能提取更为全面的性状参数。三维模型重建是作物三维表型研究的基础,提出一种适用于盆栽水稻三维点云的重建方法。该方法在相机固定、样本旋转的拍摄模式下获取水稻多视角图像,根据相机标定参数以及水稻轮廓二值图,通过轮廓投影方法重建水稻三维可视外壳点云模型,并通过反投影方法进行点云着色。结果表明,该方法对于不同时期及不同品种的水稻样本均能取得较好重建效果。     

基于轮廓投影的盆栽水稻三维重建方法研究

近几年,基于图像的高通量水稻表型研究取得了极大进展,但从三维层面进行研究的工作则相对较少。一般而言,相对于二维图像,从三维模型中能提取更为全面的性状参数。三维模型重建是作物三维表型研究的基础,提出一种适用于盆栽水稻三维点云的重建方法。该方法在相机固定、样本旋转的拍摄模式下获取水稻多视角图像,根据相机标定参数以及水稻轮廓二值图,通过轮廓投影方法重建水稻三维可视外壳点云模型,并通过反投影方法进行点云着色。结果表明,该方法对于不同时期及不同品种的水稻样本均能取得较好重建效果。     

日光温室骨架合理曲线的一种数值化表达方法

日光温室骨架曲线形式直接影响前屋面采光和力学承载性能,为研究设计出合理骨架曲线形式,基于现有骨架的设计特点、应用情况等,对日光温室骨架合理曲线的数值化构建和表达方法进行研究。当屋脊点位置、最低作业高度、前屋面屋脊处的坡度以及底脚部位的坡度确定时,该方法可直接给出骨架曲线的数值化表达式,通过规范要求可筛选出合格的骨架曲线形式。提出了双抛物线骨架曲线,选取北京、沈阳、银川3个城市,对抛物线、椭圆面、双抛物线、幂函数、双圆5种骨架曲线形式的日光温室进行采光性能模拟。结果表明：1）5种骨架曲线形式下冬至日日累计太阳辐射量之间的最大差值为6.31%,双抛物线作为骨架曲线形式在采光性能上是可靠的;2）当前屋面水平投影为6~14 m、最低作业高度为1~1.8 m时,均可构造出既符合规范要求又符合工程实际的双抛物线曲线。     

碳纤维布加固方钢管混凝土柱恢复力模型研究

通过对3根方钢管混凝土柱低周反复荷载试验,得到了碳纤维布加固柱的滞回曲线和强度退化规律,分析了轴压比对碳纤维布加固试件抗震性能的影响。试验结果表明,碳纤维布加固能增强方钢管混凝土柱的抗震性能,是一种有效的加固方法。基于试验结果,采用回归分析的方法建立了碳纤维布加固方钢管混凝土柱的恢复力模型,并详细描述了该模型的滞回规则。该模型的骨架曲线由弹性段、硬化段、退化段组成三折线骨架曲线,给出了骨架曲线各阶段刚度计算公式。比较试验骨架曲线与计算值可知,两者较为符合,所提出的恢复力模型能较全面的反映试件的实际受力性能,可供碳纤维布加固钢管混凝土柱及其结构非线性地震反应分析及抗震加固应用。     

基于水稻三维模型的表型参数提取及生物量估测

基于二维图像的水稻表型检测方法缺乏空间维度信息，难以提取全面的水稻表型参数，因此建立水稻三维模型进而提取全面的水稻表型参数具有重要意义。体积是指示水稻生长状况的重要参数，如何在不破坏水稻植株的前提下获取水稻体积参数是当下研究中仍有待解决的问题。基于上述考虑，提出一种基于水稻三维模型的表型参数提取及生物量估测方法，实现在不破坏水稻植株的前提下提取水稻体积参数并估测水稻生物量。以盆栽水稻为对象，首先利用Alpha-shape算法重建其三维模型，然后提取并评估水稻株高、茎粗、植被覆盖度、体积参数，并基于体积参数估测水稻生物量。结果表明，空间雕刻方法可以重建高精度的水稻三维模型，并准确测算水稻表型参数及生物量，其中水稻株高、茎粗、单株植被覆盖度均方根误差（RMSE）和平均绝对百分比误差（MAPE）分别为63.27 mm、4.01 mm、5.04%和7.15%、14.91%、12.59%，水稻生物量RMSE和MAPE分别为62.44 g、19.25%，均优于现有三维重建软件的测算结果。     

基于LIDAR数据的林冠层三维信息模型的提取与应用

该文应用机载激光雷达数据,获得了高精度的树冠底部地形信息及树高信息,提取了包含植被冠层高度的数字表面模型,即林冠层三维信息模型(DCM),结合研究区的数字高程模型(DEM)可以获得用常规方法很难准确获取的森林植被参数,如冠层垂直结构、森林高度、郁闭度等.在此基础上,制作了研究区的林木高度图,具有直观、形象等特点,有助于林业部门及时、准确地掌握森林资源相关信息,并可利用DCM获得森林密度、胸高断面积、蓄积量(生物量)及单木参数等森林植被参数.     

基于骨架特征的奶牛肢体分解方法研究

通过奶牛各个肢体部位可获取更加精准的奶牛运动细节信息,是奶牛姿态检测、行为分析和理解的基础。为实现奶牛头部、脖子、躯干、前肢、后肢和尾巴的精确分解,研究并提出一种基于骨架特征的奶牛肢体分解方法。该方法在依据深度信息阈值提取深度图像中奶牛目标的基础上,用基于距离场的骨架提取算法生成奶牛骨架,对冗余骨架枝进行剪枝后,提取骨架分叉点并用其生成候选分割线,再用形状视觉显著度和分割线优先级对候选分割线进行优化处理。试验结果表明,奶牛各个肢体分解平均正确率为95.09%,且对较难分割的尾部正确率达95.51%;对仰头、正常行走、微低头和低头体态下的肢体分解平均正确率分别为95.18%、95.00%、94.85%和96.23%,可实现不同体态奶牛的高精度分解。     

基于图像处理的水稻叶片三维可视化研究

介绍利用数字图像处理技术提取水稻叶片几何参数及边缘轮廓曲线的方法,分别利用三角网格化技术和贝塞尔曲线来描述叶片边缘信息,并对2种方法进行比较。通过二次生长曲线方程实现了水稻叶片的三维建模及可视化表达。     

昆虫种群控制系统的信息处理（二）：多种群共存系统的信息处理问题

在昆虫种群控制系统中,往往遇到多种捕食性天敌共同作用于对象种群的问题。每一种天敌的作用,与本身的密度有关,与对象种群的密度有关,与其他被捕食者的密度有关,还有各种天敌相互作用的情况。在这种情况下如何提取控制作用的信息,这是昆虫种群系统研究中较难解决的问题。本文应用二次回归旋转组合设计,通过3种天敌2种害虫相互作用的试验,建立多种群共存系统相互作用模型,提出多种群共存系统信息处理的研究途径,为多种群共存系统及昆虫种群系统的控制研究提供参考。     

基于改进的几何活动轮廓模型的叶片自动分割

叶片的形态测量在苗木生长自动监测中具有重要意义,在形态测量前首先要将完整的叶片从背景中提取出来.针对彩色苗木叶片图像的特点研究了利用几何活动轮廓模型进行完整叶片的自动分割的方法.首先利用图像的全局信息和C-V模型进行初始分割,当曲线到达目标边界附近时,利用改进的基于图像局部信息的能量模型进行边界的精确定位.该方法将C-...