[发明专利]一种苜蓿群体三维结构表型信息提取方法及系统

说明书

本发明提供了一种苜蓿群体三维结构表型信息提取方法及系统。首先，根据原始点云中的地面和墙体平面，对原始点云进行坐标校正；接着根据原始点云噪声产生的原因和特点，基于统计滤波去除离群点、基于冠下体素滤波去除冗余点、基于移动最小二乘法去除混杂点；然后根据盆栽苜蓿群体种植及生长特点，采用直通滤波和格网划分法提取苜蓿群体，并分割单株，再提取最大株高、平均株高、株高分位数、冠层盖度、投影叶面积、三维体积6种结构参数。本发明实现无损自动提取苜蓿群体结构表型参数，本发明同时适用于其他群体生长的植物三维结构表型信息提取。

技术领域

本发明属于遥感与植物学领域，具体涉及一种苜蓿群体三维结构表型信息提取方法及系统，适用于多种群体类生长的植物表型信息提取。

背景技术

苜蓿是全球性栽培的饲料作物，营养丰富，素有“牧草之王”的美称，但是我国苜蓿自给能力低，无法满足畜牧养殖业需求，造成长期大量依赖进口。提升苜蓿自给能力的当务之急是筛选优质苜蓿种质资源，苜蓿种质资源筛选的难点是难以获取准确的表型数据。传统的表型信息获取方法主要采用人工测量，但在测量过程中常常需要破坏植物自身结构，且费时费力、难以大规模测量、无法保证精度。激光点云数据提供了详细的三维信息，为快速提取苜蓿结构表型参数提供了可能。当前利用激光雷达提取植物三维结构表型信息的方法报道逐渐增多，但对苜蓿此类牧草群体三维结构表型信息提取还鲜有报道，本发明的提出填补了苜蓿群体三维结构表型信息提取方法的空白。

发明内容

本发明要解决的技术问题：克服现有技术的不足，提供一种苜蓿群体三维结构表型信息提取方法及系统，苜蓿原始点云坐标校正；去除因系统误差或随机误差产生的噪声点；通过群体和单株分割得到苜蓿群体点云数据和单株点云数据；实现苜蓿群体三维结构表型信息提取。本发明实现无损自动提取苜蓿群体结构表型参数，同时适用于其他群体生长的植物三维结构表型信息提取。

本发明采用的技术方案：一种苜蓿群体三维结构表型信息提取方法，包括以下步骤：

步骤(1)：根据原始点云地面法向和墙体方向计算合适的旋转变换角度，进行点云坐标校正，得到坐标校正后的点云数据；

步骤(2)：分析点云噪声点产生的原因和特点，在步骤(1)的基础上对存在的多种类型点云噪声进行针对性剔除，得到去噪后的点云数据；

步骤(3)：根据步骤(2)得到去噪后的点云数据，根据盆栽苜蓿种植特点，对其进行群体提取和单株分割，得到苜蓿群体点云数据和单株点云数据；

步骤(4)：根据步骤(3)得到的苜蓿群体点云数据和单株点云数据，自动提取群体结构表型参数，最终得到苜蓿群体三维结构表型信息。

所述步骤(1)中点云坐标校正步骤如下：

步骤(11)：采用随机采样一致性算法检测原始点云地面，并获取当前坐标系下地面法向量；

步骤(12)：根据步骤(11)得到的原始点云地面法向量，结合Z轴方向(0,0,1)计算得到旋转角度；

步骤(13)：根据步骤(12)得到的旋转角度，利用罗德里格斯旋转公式实现地面校正；

步骤(14)：根据原始点云中墙体方向，确定其与X轴夹角；

步骤(15)：根据步骤(14)得到的角度,结合布尔莎七参数模型，实现平面校正。

所述步骤(2)中点云去噪步骤如下：

步骤(21)：针对离群噪声点，采用统计滤波去除；

步骤(22)：针对冗余噪声点，采用体素滤波去除；

步骤(23)：针对漂浮于苜蓿对象表面，但不属于苜蓿本身的混杂噪声点，采用移动最小二乘法平滑去除。

所述步骤(3)中苜蓿点云群体和单株分割步骤如下：