[发明专利]植物形态结构的三维数字化采集装置、系统及方法

权利要求书

1.一种植物形态结构的三维数字化采集装置，其特征在于，包括主体、点记录按钮和分类控制器，所述主体的一端连接有探针，所述点记录按钮和分类控制器均设置于主体上，所述分类控制器通过点记录按钮与探针连接，所述点记录按钮用于控制探针感应并获取植物器官上的任一待测点的点信息，所述分类控制器用于向获取的所述点信息中附加对应的分类信息。

2.根据权利要求1所述的采集装置，其特征在于，所述分类控制器设有多个分类档位，每个所述分类档位分别通过分类对应规则与对应的所述分类信息相匹配。

3.根据权利要求2所述的采集装置，其特征在于，多个所述分类档位中包括一个常规档位和至少一个附加档位，所述常规档位为默认档位。

4.根据权利要求1-3任一项所述的采集装置，其特征在于，所述探针设置于主体的前端，所述主体的后端设有连接线，所述主体的侧面设有控制面板，所述点记录按钮和分类控制器顺次排列在所述控制面板上。

5.一种植物形态结构的三维数字化系统，其特征在于，包括：

定标发射装置，用于对所述植物器官建立坐标系；

如权利要求1-4任一项所述的采集装置，用于采集植物器官上各个待测点的点信息；

主机，分别与定标发射装置和采集装置连接，用于按照预设坐标转换规则，对接收到的所述点信息与坐标系进行数据解析，以得到解析后的坐标解析数据；

移动工作站，与所述主机连接，用于运行植物形态结构三维数字化系统的软件界面，以可视化的方式观测数据获取操作的准确性，并对解析后的所述坐标解析数据进行数据处理。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述坐标解析数据包括位置坐标信息、方向坐标信息和分类信息。

7.一种植物形态结构的三维数字化方法，其特征在于，包括以下步骤：

定标发射装置建立坐标系；

采集装置获取植物器官上各个待测点的点信息，所述点信息中包括分类信息；

针对所述坐标系，通过主机对各个所述待测点的点信息进行坐标转换，以得到各个所述待测点的坐标转换数据，各个所述待测点的坐标转换数据均包括分类信息、位置坐标信息和方向坐标信息；

通过主机解析各个所述待测点的坐标转换数据，以得到各所述待测点的坐标解析数据；

根据各个所述待测点坐标解析数据，对所述植物器官进行器官特征参数计算与三维建模。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的通过主机解析各个所述待测点的所述坐标转换数据，以得到各个所述待测点的坐标解析数据，进一步包括：

所述主机对各个所述待测点的所述坐标转换数据进行筛选，以获取多组分别带有相同的所述分类信息的坐标转换数据；

统计带有相同的所述分类信息的坐标转换数据的组数，罗列带有相同的所述分类信息的坐标转换数据的分类信息、位置坐标信息和方向坐标信息，以得到各个所述待测点的坐标解析数据。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的根据各个所述待测点的坐标解析数据，对所述植物器官进行器官特征参数计算与三维建模，进一步包括：

根据所述植物器官的类别，确定分类对应规则；

根据所述分类信息，通过所述分类对应规则逐一标识各个所述待测点的坐标解析数据，以获取分类后的各子器官生长点的坐标数据；

根据所述分类后的各子器官生长点的坐标数据，通过加载对应分类子器官的三维模板几何模型，对所述植物器官进行三维建模。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述的根据分类后的各子器官生长点的坐标建模数据，通过加载对应分类子器官的三维模板几何模型，对所述植物器官进行三维建模，进一步包括：

根据分类后的各个所述待测点的坐标数据，筛选出多组常规坐标点数据，各所述常规坐标点数据中均包括与所述植物的主干器官对应的常规分类信息；

计算所有所述常规坐标点数据之间的距离之和，以得到所述植物的主干器官骨架长度，所述主干器官骨架长度满足：

$l=\underset{i=2}{\overset{n}{\Σ}}\left|\right|P_i^N-P_{i-1}^N\left|\right|$

其中，l表示所述主干器官的骨架长度，表示常规分类信息为N的第i个点，n表示所述植物器官上对应点的个数；

根据分类后的各个所述待测点的坐标数据，筛选出多组特定坐标点数据，各组所述特定坐标点数据中均包括分别与所述植物的同一子器官对应的特定分类信息；

根据任一所述特定坐标点数据、以及与所述特定坐标点数据相邻的相邻坐标点数据之间的位置关系，计算所述子器官与主干器官的骨架之间的子器官夹角，所述子器官夹角满足：

其中，α为所述子器官与主干器官的骨架之间的子器官夹角，为所述植物器官的部分坐标点数据，表示特定分类信息为D的第k个点，表示由指向的向量；

根据所述主干器官骨架长度、各个所述子器官的位置、和各个所述子器官夹角，对所述植物器官进行三维建模，以使各组所述坐标点数据与对应分类子器官三维模板的各个器官生长点对应匹配。