[发明专利]一种植物根系三维构型无损检测方法

权利要求书

1.一种植物根系三维构型无损检测方法，探地雷达天线在植物根系表面实时探测并发射电磁波谱，其特征在于，所述方法还包括如下步骤：

(1)利用图像采集设备与标定模板获取任意时刻探地雷达天线的三维位置与姿态信息；

(2)通过某一时刻的探地雷达天线的三维位置与姿态信息对所述对应时刻探地雷达天线发射的电磁波谱进行空间校正，获得任意时刻探地雷达发射电磁波谱的三维空间信息；

(3)对经过空间校正后的电磁波谱进行数值信息和图像信息的双模式处理：对单道电磁波谱的数值信息进行基尔霍夫迁移处理，获取地下未知物体的截面信息；对多道电磁波谱组成的电磁波谱图像进行希尔伯特变换，获取地下未知物体的截面信息；

(4)对数值信息和图像信息获取的地下未知物体的截面信息进行对比，若二者获取的未知物体的截面信息为同一区域，则确定该区域为非土壤物体所在区；

(5)判断非土壤物体所在区的未知物体是否为植物根系；

(6)若未知物体为植物根系，获取植物根系在空间位置的截面，并根据不同空间位置的植物根系截面，对整个植物根系进行三维重构。

2.如权利要求1所述的植物根系三维构型无损检测方法，其特征在于：所述步骤(1)包含如下步骤：

(1.1)在根系目标探测区的地表设置一标定模板，当探地雷达天线实时探测时，图像采集设备获取任意时刻探地雷达天线运动的图像信息，同时图像采集设备也获取在同一视野内的标定模板的图像信息

(1.2)获取采集的标定模板图像的直线信息，利用标定模板在图像坐标系中的直线信息与在实际空间地平面上的坐标信息，确定图像上的点与实际空间地平面坐标信息的对应关系，根据所述对应关系确定探地雷达天线任意时刻在实际空间地平面上的三维坐标信息；

(1.3)对采集的标定模板图像进行角点检测，获取标定模板每个角点在图像坐标系中的坐标；

(1.4)利用标定模板在图像坐标系中的角点与实际空间坐标系中角点之间的对应关系，确定探地雷达天线在运行过程中的位姿信息。

3.如权利要求1所述的植物根系三维构型无损检测方法，其特征在于：所述步骤(4)对数值信息和图像信息获取的地下未知物体的截面信息进行对比，若二者获取的未知物体的截面信息不在同一区域，则确定所述区域为土壤物体所在区。

4.如权利要求1-3任一所述的植物根系三维构型无损检测方法，其特征在于：所述步骤(5)判断非土壤物体所在区的未知物体是否为植物根系包含如下步骤：

(5.1)在确定的非土壤物体所在区对未知物体的截面信息进行分割，获取多个包含单边双曲线的图像；

(5.2)对单边双曲线进行图像处理，获取单边双曲线的二值图；

(5.3)对单边双曲线的二值图进行双曲线拟合，获取拟合后双曲线的参数；

(5.4)利用拟合后的双曲线获取未知物体探测面的性质；

(5.5)利用未知物体探测面的性质判断未知物体是否为植物根系。

5.如权利要求1-3任一所述的植物根系三维构型无损检测方法，其特征在于：所述步骤(5)判断非土壤物体所在区的未知物体是否为植物根系包含如下步骤：获取地下未知物体的三维构型，若未知物体的三维构型为连续的，则未知物体为植物根系。

6.如权利要求4所述的植物根系三维构型无损检测方法，其特征在于：所述步骤(6)若未知物体为植物根系，则获取植物根系在空间位置的截面，并根据不同空间位置的植物根系截面，对整个植物根系进行三维重构包含如下步骤：

(6.1)利用断层截面各点之间的关系确定植物根系的三维构型；

(6.2)对植物根系截面图，利用网格生成植物根系表面曲面；

(6.3)利用植物根系的三维构型和表面曲面获取三维重构出的植物根系。

7.如权利要求6所述的植物根系三维构型无损检测方法，其特征在于：所述步骤(6)获取植物根系在空间位置的截面，并根据不同空间位置的植物根系截面，对整个植物根系进行三维重构后，若获取的植物根系构型不够清晰，则根据已获取的植物根系三维重构图反映的根系区域信息再进行雷达探测。