[发明专利]一种基于多视角RGB-D融合技术的悬架式高通量温室植物表型测量系统

说明书

本发明旨在提供一种悬架式高通量温室植物表型测量系统。测量系统安装于悬架式支架上，悬架式支架可实现三轴移动，以满足全生长周期植物表型原位测量需求。测量系统主要有三个TOF相机组成，分别采集各个视角下RGB‑D图像，通过TOF相机内部参数，将深度图转换为三维点云图。通过棋盘标定，获得三个视角的旋转矩阵和平移矩阵，选定参考视角，将其他两个视角的三维点云进行坐标变换，实现三个视角的三维点云坐标统一坐标系，并进行迭代最近点法ICP精确配准，实现温室植物三维点云模型精确重构。该发明测量系统具有精度高、速度快、适用性强的高通量温室植物表型原位测量系统。

技术领域

本发明涉及高通量温室植物表型测量领域，尤其是一种基于多视角RGB-D融合技术的悬架式高通量温室植物表型测量系统。

背景技术

全球粮食安全是人类面临的主要挑战之一，要解决粮食安全问题，除了维护生态环境和保障耕种面积，最有效的措施是开发利用优良的作物品种和先进的栽培技术，而与之相关的作物品种资源鉴定、遗传育种、功能基因组学和植物生物学等方面的研究基本都涉及到对大量的作物表型的鉴别与分析。随着近年来生物技术及基因组学研究的不断发展，尤其是测序技术的飞速发展，多种作物的全基因组测序已经完成，但是传统的表型研究方法具有低效率、低维度、低分辨率、低通量和主观性强等缺点，这些缺陷导致有关表型组学的研究数据已无法满足对基因型、环境和表型之间关系的解析，同时也限制了对作物全部基因功能的全面注释和分析，高通量的作物表型测量技术是破译作物基因和环境互作密码的关键核心技术，已成为制约作物功能基因组学和作物分子育种研究领域发展的新瓶颈。温室环境具有可控性，温室植物表型测量技术是解析基因型、环境和表型之间关系的关键技术。因此，高通量温室植物表型测量技术的研究对保障我国粮食安全和促进农业可持续发展具有非常重要的意义。随着传感器技术的发展，可通过计算机图形图像处理的途径实现植物信息自动监测，植物属于非刚性测量对象，最佳测量方式为原位测量，本发明研发一种基于多视角RGB-D融合技术的悬架式高通量温室植物表型测量系统，可以提高温室植物表型测量系统自动化水平，将加速解决温室植物表型高效、精准、可靠测量问题，提高温室植物表型测量效率、精度和适用性，对促进我国作物分子育种和植物功能基因组学等学科领域的发展具有重要意义。

发明内容

本发明旨在提供一种悬架式高通量温室植物表型测量系统。测量系统安装于悬架式支架上，悬架式支架可实现三轴移动，以满足全生长周期植物表型原位测量需求。测量系统主要有三个TOF相机组成，分别采集各个视角下RGB-D图像，通过TOF相机内部参数，将深度图转换为三维点云图。通过棋盘标定，获得三个视角的旋转矩阵和平移矩阵，选定参考视角，将其他两个视角的三维点云进行坐标变换，实现三个视角的三维点云坐标统一坐标系，并进行迭代最近点法ICP精确配准，实现温室植物三维点云模型精确重构。根据植物三维点云模型，计算植物三维几何形态信息：植株高度、最大宽幅、体积、表面积、叶面积等植物表型参数。该发明测量系统具有精度高、速度快、适用性强的高通量温室植物表型原位测量系统。