《蘋果樹冠層三維重建及光照分布計算方法》是依託中國農業大學，由劉剛擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：蘋果樹冠層三維重建及光照分布計算方法
- 依託單位：中國農業大學
- 項目負責人：劉剛
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
合理的果樹冠層結構有利於獲取充足的光照，對提升果實產量及品質具有重要意義。為了智慧型高效地揭示果樹冠層光照分布規律，選擇蘋果樹為研究對象，構建彩色攝像機與ToF攝像機相結合的視覺系統，主要開展：果樹冠層快速三維重建方法研究、果樹冠層光照分布計算方法研究以及果樹冠層光照分布動態模擬系統開發研究。首先分析不同生長階段果樹冠層的三維結構特徵，結合前期研究成果-移動平台，動態採集果園多源信息，建立不同生長階段的果樹冠層三維結構模型；研究不同太陽方位角、冠層深度及觀測角對彩色圖像表觀特徵的影響規律，建立果樹冠層三維空間的顏色特徵隨時間序列變化的光照分布計算模型；開發果樹冠層光照分布動態模擬系統，對模擬剪枝後的果樹冠層三維結構與光照分布進行預測；通過在果樹冠層三維空間布設無線感測器網路節點，對光照分布計算模型進行驗證與最佳化。項目成果為科學地果樹整形修剪與果園管理提供相關理論依據。
結題摘要
果樹冠層結構是影響冠層光照分布的主要因素之一，為了能夠揭示果樹冠層尺度內的光照分布規律，本項目以蘋果樹冠層為研究對象開展研究，在果樹冠層三維重建和冠層光照分布計算方法兩個方面開展工作。一是冠層三維重建方面，課題組分析了果樹三維重建研究現狀，為精確構建果樹冠層不同生長時期的彩色三維空間結構，採用PMD 攝像機和彩色攝像機相結合獲取冠層器官異源圖像，提出了用基於深度信息的多源感測器標定技術，實現果樹從開花期到成熟期的圖像配準，對休眠期到發芽期的果樹圖像用基於圖像特徵的多源圖像配準算法，通過主成分分析法得到較好的採集信息初始位置，再採用最近點疊代算法，實現兩組三維點雲之間的拼接；用Kinect 相機獲取不同視角下果樹的原始三維點雲，針對傳統最近點疊代算法對待配準點雲的空間位置要求苛刻的問題，提出了改進的點雲配準算法；提高了三維點雲的配準精度；為了快速得到果樹冠層結構信息，分析了採用地面三維雷射掃瞄器在果園環境下獲取冠層信息的最佳條件，在此基礎上分別獲取了果樹冠層信息，提出了基於標靶球的KD-trees-ICP 算法，用於快速高精度配準蘋果樹冠層三維點雲數據，針對光照計算，提出了蘋果樹葉片的三維重建方法。二是冠層光照分布計算方法方面，針對地面三維雷射掃瞄器在室外環境下獲取果樹冠層三維點雲信息的複雜性，以及三維點雲的顏色和真實顏色存在較大色差問題，提出了一種三維點雲顏色矯正方法；為了揭示果樹冠層光照分布規律，以自由紡錘形蘋果樹為研究對象，按照實際蘋果樹冠層劃分方法，提取三維點雲空間不同區域的顏色特徵，建立了相對光照強度和顏色模型；開展了冠層結構的分形特徵與光照分布之間的關係研究，建立了春季修剪與葉幕期的光照分布預測模型。該項目進展順利，達到預期目標，取得了創新性成果。該項目研究結果將為剪枝、疏花等果園管理提供技術支持。
