基于运动恢复结构算法的油菜NDVI三维分布

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1、第31卷第17期农业工程学报Vol.31No.172015年9月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineeringSep.2015207基于运动恢复结构算法的油菜NDVI三维分布※张艳超，庄载椿，肖宇钊，何勇（浙江大学生物系统工程与食品科学学院，杭州310058）摘要：植物形态伴随着植物生长过程而发生变化，植物的三维重建对研究植物形态对植物生物量估测、植物病害虫害、基因型表达等有着很重要的意义。目前三维重建方法重建出的三维点云多包含植物的形态、颜色等特征，无法反应植物

2、营养状况（如叶绿素含量）、病虫害胁迫等原因造成有机质空间三维分布改变，同时以往手段都需要专门仪器，携带和作业都受到很大限制。多光谱图像能够反应有机质含量等化学值的分布，在近地面遥感、农产品质量无损检测等发面取得了广泛的应用。该文通过采集31张4叶龄油菜的多光谱图像，使用运动恢复结构算法（structurefrommotion）方法对其进行空间三维重建，得到油菜的三维点云，并对点云中噪声点进行滤除。以控制点和控制长度对所得模型进行评价，得到长度最大偏差在0.1023cm，RMSE=0.052599，证明该方法重建所得模型具有较好的

3、空间均匀性与准确性，最后计算NDVI指数空间分布。证明所得模型对将来研究植物营养与病虫害胁迫空间分布有着重要意义。关键词：算法；形态；图像；油菜；三维重构；运动恢复结构；NDVI空间分布doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.027中图分类号：TP751.2文献标志码：A文章编号：1002-6819(2015)-17-0207-08张艳超，庄载椿，肖宇钊，何勇.基于运动恢复结构算法的油菜NDVI三维分布[J].农业工程学报，2015，31(17)：207－214.doi：10.11975/j.

4、issn.1002-6819.2015.17.027http://www.tcsae.orgZhangYanchao,ZhuangZaichun,XiaoYuzhao,HeYong.RapeplantNDVI3Ddistributionbasedonstructurefrommotion[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE),2015,31(17):207－214.(inChinesewithEngli

5、shabstract)doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2015.17.027http://www.tcsae.org光的真彩色图像进行标准体和植物的三维重建，获得精0引言度高，纹理信息丰富的植物三维点云，采用迭代最近点植物形态是进行种类鉴别、植物营养生长、病虫害（iterativeclosestpoint，ICP）进行配准，并与Fastscan扫侵染等研究的重要依据，准确、快速的获得植物的三维描所得图像进行对比。对照以上研究发现，激光扫描仪形态对植物表型有着重要的意义。目前广泛应用于植物可以得到较准确

6、的三维表面，然而所得结果仅包含空间三维结构重建的仪器有Fastscan、Vivid9i、Inspeck等，结构信息，不包含颜色和纹理等细节，并且由于植株叶[1]实现对植物的三维重建。郭焱等采用Fastscan采集烟草片存在重叠，无法有效地解决不同空间层次三维结构的植株静态三维模型进行研究，误差分析结果表明所采集问题，同时激光扫描仪对环境要求较高。结构光三维重[2]的数据能精确描述烟叶几何形态。Maximilian等对目建可以通过非接触的影像进行三维重构，获得较为精细Vivid910、FastSCAN、GFMPRIMOS、GFMT

7、opoCAM、的植株空间三维结构，同时所得点云数据携带有颜色SteinbichlerCometVarioZoom250、3dMDDSP400等6(RGB)信息，然而由于使用结构光发生器，不宜应用于田种三维表面成像系统的精确度和精准度进行评估，其中间实地植物三维结构采集，同时依据实践经验，系统三Vivid90和Fastscan为激光扫描仪，GFMPRIMOS、GFM维重建效果容易受环境光干扰，造成三维点云出现分离TopoCAM、SteinbichlerCometVarioZoom250、3dMD现象。DSP400为结构光投影三维重

8、构系统，所得结果与CT作随着研究的深入，植物三维重构向着获得植物中各为验证方式，详细测试和对比了现存主流生物医学中三种有机物（如叶绿素和水分分布）的空间三维分布发展。维表面获取系统的性能。而结构光三维重构也取得一些[5]王纪华等采用PLS由小麦冠层光谱反演小麦上