[发明专利]植物根系形态三维图像重建系统及方法

说明书

技术领域

本发明是涉及三维图像重建，特别是涉及植物根系三维形态图像系统及 方法。

背景技术

植物根系三维构型的定量描述和分析是研究植物根系生长及对养分吸收 利用等营养功能的重要手段之一。

根系不仅是植物吸收养分和水分的主要器官，也起着支撑地上部的重要 作用。植物根构型是指根系在生长介质中的空间分布，不同的根构型显著影 响养分水分的吸收利用、碳源分配及适应环境胁迫能力等重要生理功能，甚至 影响某些豆科植物根系的抗病虫害能力，因此近年来根构型研究越来越受人 们重视，但是由于根系细小且结构复杂，易振动且发生形态改变，难于进行 原位观察和精确测量。因此，根系生长的形态定量测定一直是世界上根系生 物学研究中的难点之一，目前国内外对根构型的定量化研究的报道甚少。有 人通过纸培等特殊栽培系统结合计算机图像分析技术定量研究植物的二维根 构，但是纸培系统下获取的二维根构型与植物在自然条件下三维根构型之间 存在一定的差异，不能准确代表植物根系在土壤中的实际空间分布，因此非常 有必要对植物的三维根构型进行定量化研究。三维根构型定量化研究的主要 困难是因为根系在土壤等生长介质中的隐蔽性造成了难以观察根构型，且根 系的复杂性和重叠性造成测量精度的限制。目前，获取三维根构型图像的主 要方法有核磁共振成像(MRI)、X射线断层扫描技术(CT)和地下雷达监测 (GPR)等。

但是，上述的方法存在设备复杂、重建速度低、及由于根系遮挡和交错 问题等引起的重建精度不高等不足之处。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于，提供一种植物根系形态三 维图像重建系统及方法，能快速有效地重建植物根系的三维图像。

本发明所采用的技术方案为：提供一种植物根系形态三维图像重建方法， 包括如下步骤：

A、绕被测植物根系每隔预定角度拍摄图片；

B、处理所述图片，获得图片中表征根系的象素点二维坐标信息；

C、根据物理空间的三维坐标与它在各投影图像平面的二维坐标之间的对 应关系及每一图片的拍摄角度信息，获取每一拍摄图片上表征根系的象素点 所对应的所有点的三维坐标值；

D、按照预定的规则，选取其中部份三维坐标值作为三维图象空间的景物 点的坐标，由所述景物点生成根系的三维二值化图像。

优选的，在步骤C之前进一步包括：

获取所述被拍摄植物根系物理空间的三维坐标与拍摄的图片的二维坐标 之间的线性关系的基础矩阵。

优选的，所述步骤C具体为：

C1、根据针孔模型公式及所述获取的线性关系的基础矩阵，计算每一拍 摄图片上每一表征根系的象素点所对应的三维坐标值；

C2、统计每一三维坐标值出现的次数。

优选的，所述步骤D具体为：

D1、将所述每一三维坐标值出现的次数与一阈值进行比较；

D2、选择所述出现次数超过所述阈值的三维坐标值所对应的点作为三维 图像重建的景物点；

D3、根据所述景物点生成所述植物根系的三维图像模型。

相应的，本发明的一种植物根系形态三维图像重建系统，包括：

拍摄装置，用于绕被测植物根系每隔预定角度拍摄图片；

图片处理模块，用于对所述图片进行处理，获得所图片中表征根系的象 素点二维坐标信息；

三维图像重建装置，选取所述每一拍摄图片上表征根系的象素点所对应 的三维坐标值所对应的点中的一部分，生成三维图像。

优选的，进一步包括：

对所述拍摄装置进行定位，并获取所述被拍摄植物根系物理空间的三维 坐标与拍摄的图片的二维坐标之间的线性关系的基础矩阵的模块。

优选的，所述三维图像重建装置包括：

三维坐标值计算模块，用于根据针孔模型公式及所述获取的线性关系的 基础矩阵，计算每一拍摄图片上每一表征根系的象素点所对应的三维坐标值；

统计模块，用于统计每一三维坐标值出现的次数。

优选的，所述三维图像重建装置包括：

比较模块，用于将所述每一三维坐标值出现的次数与一阈值进行比较；

选择模块，用于选择所述出现次数超过所述阈值的三维坐标值所对应的 三维图像参考点作为三维图像重建的景物点；