玉米形態(tài)參數(shù)中的株高（PH）、莖粗長(zhǎng)軸（STLA）和莖粗短軸（STSA）可以有效地反映玉米植株的生長(zhǎng)、抗倒伏和產(chǎn)量信息。陸地激光掃描（TLS）可以實(shí)現(xiàn)作物表型參數(shù)的快速測(cè)量。為了解決現(xiàn)有測(cè)量方法中自動(dòng)化程度低和葉片干擾的問題，采用TLS作為測(cè)量傳感器，提出了一種基于點(diǎn)云圖像轉(zhuǎn)換的田間玉米PH、STLA和STSA形態(tài)測(cè)量方法。首先，在V3、V6、V9和V12階段，通過TLS獲得了兩個(gè)玉米品種（京農(nóng)科728和農(nóng)大84）的三維（3D）點(diǎn)云數(shù)據(jù)。其次，使用點(diǎn)云處理軟件對(duì)采集到的玉米點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，獲得注冊(cè)的多站點(diǎn)云數(shù)據(jù)，去除背景點(diǎn)云數(shù)據(jù)，提取玉米行數(shù)據(jù)，并進(jìn)行下采樣。編程實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和單株分割。第三，采用平面分割、統(tǒng)計(jì)濾波、通濾波、最大和最小遍歷、歐氏聚類等方法去除地面點(diǎn)云，判斷是否有玉米植株，提取區(qū)域玉米點(diǎn)云。提出了一種點(diǎn)云圖像轉(zhuǎn)換方法來(lái)實(shí)現(xiàn)玉米莖葉的分割。最后，通過計(jì)算從植物最高點(diǎn)到其底部的垂直距離來(lái)測(cè)量植物的高度。識(shí)別特定位置的莖的點(diǎn)云，并使用橢圓擬合方法測(cè)量莖的長(zhǎng)軸和短軸的厚度。通過與人工點(diǎn)云測(cè)量值的比較，利用自動(dòng)程序測(cè)量了玉米4個(gè)生長(zhǎng)階段的PH值、STLA和STSA。京農(nóng)科728的PH、STLA和STSA的均方根誤差（RMSE）分別為0.61cm、3.16mm和2.53mm，平均絕對(duì)百分比誤差（MAPE）分別為0.52%、7.90%和9.70%。農(nóng)大84的RMSE分別為0.66cm、2.63mm和2.42mm，MAPE分別為0.75%、7.07%和9.76%。結(jié)果表明，本文提出的點(diǎn)云圖像轉(zhuǎn)換法用于測(cè)量PH、STLA和STSA，適用于不同生育期和不同玉米品種的玉米。它與人工點(diǎn)云測(cè)量值高度一致，可以替代人工測(cè)量。它可以為育種人員提供快速、自動(dòng)和準(zhǔn)確的玉米PH值、STLA和STSA測(cè)量程序。
圖1 系統(tǒng)架構(gòu)
圖2 整體點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理框圖
圖3 玉米點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理。
圖4 玉米點(diǎn)云分割
圖5 點(diǎn)云圖像轉(zhuǎn)換莖葉分割
圖6 玉米株高PH的測(cè)定
圖7 莖段測(cè)量點(diǎn)云提取。注:玉米的莖為黃色，底為藍(lán)色，葉為綠色
圖8 玉米的PH、STLA和STSA測(cè)定
來(lái)源
Yanlong Miao, Cheng Peng, Liuyang Wang, Ruicheng Qiu, Han Li, Man Zhang. Measurement method of maize morphological parameters based on point cloud image conversion. Computers and Electronics in Agriculture, 2022, 199, 107174. https://doi.org/10.1016/j.compag.2022.107174.