国家自然科学基金(31371532)
- 作品数：18 被引量：158H指数：8
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- 相关机构：中国农业大学黑龙江八一农垦大学河北农业大学更多>>
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- 相关领域：自动化与计算机技术农业科学经济管理生物学更多>>
- 基于三维点云的苹果树叶片三维重建研究被引量：22
- 2017年
- 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
- 关键词：苹果叶片三维重建点云去噪点云精简曲率计算
- 苹果树冠层不同光照区域叶绿素荧光性状计算方法被引量：2
- 2016年
- 植物冠层内光照分布决定了植物物理过程与生态环境之间的交互关系,是植物冠层叶绿素荧光动力学研究的重要基础。光谱技术在构建植株冠层组分含量的预测模型中发挥了重要的作用,而针对自由纺锤形苹果树冠层不同光照区域的叶绿素荧光性状研究文献报道较少。因此,以自由纺锤形苹果树为研究对象,将苹果树冠层空间划分为5层,每层划分为边长50cm的立方体网格,并测定各个网格空间的光照强度,确定其光照分布情况。以此为基础,获取不同光照区域的光谱数据及对应叶绿素荧光性状参数值,通过光谱一阶微分去除系统误差干扰,确定红边区域（660~760nm）的一阶微分光谱曲线,利用BP神经网络建立红光范围（680~760nm）内一阶微分光谱最大值与叶绿素荧光性状参数关系模型,创新性地提出了苹果树冠层不同光照区域的叶绿素荧光性状计算方法。并采用决定系数、均方根误差、平均绝对百分比误差等对模型进行有效性评价,试验结果表明：该叶绿素荧光计算方法的计算精度均在80%以上,研究成果可为苹果树的整形修剪,获取充足光照分布提供理论依据。
- 马晓丹郭彩玲张雪刘刚刘国杰宗泽
- 关键词：光谱
- 一种基于信息融合苹果果实世界定位方法被引量：3
- 2016年
- 构建由Kinect设备、差分GPS设备和陀螺仪组成的信息获取系统,推导RGB图像中苹果果实世界坐标的计算方法。利用Kinect设备获取果园果树RGB图像和深度图像,差分GPS全球定位系统和陀螺仪分别获取Kinect相机位置信息和姿态信息。融合RGB图像和深度图像,利用相对位置定位模型,计算苹果圆心相机空间坐标,融合相机位置信息和姿态信息,利用空间三维坐标转换原理,建立绝对位置定位模型计算苹果世界坐标,对每个果实进行世界空间位置唯一标定。结果表明,果实相对平均定位误差0.035 m,果实绝对定位经度误差0.117 m,纬度误差0.437 m,海拔误差0.145 m。
- 麦春艳郑立华肖昌一陈元李民赞刘刚
- 关键词：KINECT陀螺仪差分GPS信息融合
- 成熟期苹果树冠层器官异源图像配准被引量：5
- 2014年
- 为精确构建果树冠层彩色三维空间结构,以成熟期苹果树冠层为研究对象,将PMD摄像机及彩色摄像机相结合获取冠层器官异源图像,开展异源信息配准技术研究。将SIFT算法应用于异源图像特征点提取研究中,并应用目标函数优化RANSAC算法完成同名点提纯以保证特征点匹配的有效性,避免了异源图像尺度变化及果园自然光照的影响;在分析异源图像成像效果基础上,确定了应用双线性映射模型求解异源图像空间映射关系,有效克服了应用仿射变换模型求解异源图像空间映射关系的不精确性。果园不同自然环境下的配准实验表明:提出的混合算法适用于苹果树冠层器官异源图像的配准,晴天顺光环境下的正确配准率为88.2%,晴天逆光环境下的正确配准率为84.2%,阴天环境下的正确配准率为72.7%。
- 马晓丹刘刚冯娟周薇
- 关键词：配准彩色摄像机
- 基于三维点云颜色特征的苹果树冠层光照分布计算方法被引量：10
- 2015年
- 合理的果树冠层结构有利于获取充足的光照,对提升果实产量及品质具有重要意义。为了揭示果树冠层光照分布规律,以自由纺锤形苹果树为研究对象,以目标图像的颜色变化与光照强弱存在相关性为理论依据,首先利用Trimble TX5型地面三维激光扫描仪以'顶视法'获取叶幕稳定期苹果树冠层三维点云,按照实际苹果树冠层划分方法,提取三维点云空间不同区域的颜色特征,针对自然环境下苹果树冠层颜色特征具有复杂性和模糊性,不能采用精确、定量的符号对其进行描述的不足,构建以颜色特征为输入、相对光照强度为输出的模糊神经网络,以此作为苹果树冠层光照分布预测模型。试验结果表明:提出的基于三维点云颜色特征的光照分布计算方法具有较好的可行性,预测精度为80.57%,能够为科学合理的苹果树修剪和整形提供技术支撑。
- 马晓丹郭彩玲张雪马丽张丽娇刘刚
- 关键词：三维点云模糊神经网络
- 奶牛行为信息智能监测系统研究
- 2015年
- 发情鉴定是奶牛生产的关键环节,针对国内发情鉴定方法和研发设备自身的不足,设计了一种基于无线传感技术的奶牛行为信息智能监测系统,对其系统结构、功能及相对优势进行了介绍。结果表明,该系统不仅可以准确判断奶牛发情期,经适当改进后还可以实现对更多动物的体征进行监测。
- 曾立华冯娟高窻赵秋霞
- 关键词：奶牛发情无线传感智能监测
- 基于Kinect相机的苹果树三维点云配准被引量：30
- 2016年
- 为建立具有真实彩色信息的果树三维点云形态结构模型,用Kinect相机获取不同视角下果树的原始三维点云,针对传统最近点迭代算法对待配准点云的空间位置要求苛刻的问题,提出了改进的点云配准算法。首先通过归一化对齐径向特征算法搜寻点云关键点,并使用快速点特征直方图描述子计算关键点处的特征向量。然后根据求得的特征向量估计2片点云关键点之间的空间映射关系,再基于随机抽样一致性算法提纯映射关系并完成点云的初始配准。最后利用最近点迭代算法完成点云的精确配准。实验结果表明,通过在最近点迭代算法前增加点云初始配准算法,有效地提高了点云配准的准确性和稳定性,能够对任意初始位置的2片点云进行准确匹配,平均配准误差为0.7 cm。
- 郑立华麦春艳廖崴文瑶刘刚
- 关键词：苹果树三维点云最近点迭代算法
- 果树冠层三维点云颜色矫正方法研究被引量：2
- 2015年
- 针对地面三维激光扫描仪在室外环境下获取果树冠层三维点云信息的复杂性,以及三维点云的颜色和真实颜色存在较大色差问题,提出了一种三维点云颜色矫正方法。通过计算Pearson系数和Spearman相关系数,确定扫描点的R、G、B分别与太阳辐射值、TCCR24标准颜色测试板与地面夹角θ、TCCR24标准颜色测试板不同色块颜色、扫描质量、光线方向变量之间均存在相关关系。利用统计学方法,在置信度为95%时,建立R、G、B分量的双重筛选逐步回归模型。利用建立的回归模型,矫正三维点云颜色。采用该方法对室外果树冠层三维点云进行颜色矫正实验,结果表明,利用建立的颜色矫正回归模型,三维点云颜色R、G、B与真实颜色R、G、B的相关度由矫正前的低于0.69提高到0.90以上,颜色矫正后的标准差明显由矫正前的高于50%降到低于13%。该方法可为地面三维扫描仪获取较准确的三维点云的彩色信息提供理论依据。
- 郭彩玲宗泽张雪马晓丹刘刚
- 关键词：三维点云多元线性回归
- 不同生长时期果树多源图像的配准方法研究被引量：7
- 2014年
- 为了实现苹果树冠层的三维重建,指导智能剪枝、疏花和采摘,构建了集成光学混合探测(PMD)摄像机和彩色摄像头的图像采集系统,研究了不同生长时期的多源图像配准方法。从相似度评价指标和PMD图像的像素可靠性两个方面来描述果树不同生长时期图像的不同特征。结合图像的特征信息,提出了应采用基于深度信息的多源传感器标定技术,实现果树从开花期到成熟期的图像配准;对休眠期到发芽期的果树图像应采用基于图像特征的多源图像配准算法。对自然场景下的成熟期、休眠期、开花期果树图像共90组进行图像特征分析和不同配准方法试验验证,成熟期和开花期的匹配率达到100%,休眠期的匹配率达到86.11%。
- 周薇刘刚马晓丹冯娟
- 关键词：机器视觉
- 基于三维点云数据的苹果树冠层几何参数获取被引量：26
- 2017年
- 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
- 关键词：激光扫描仪三维点云数据
