[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

说明书

技术领域

本发明涉及植物拓扑结构的三维数字化技术领域，尤其涉及一种植物形态结构的三维数字化采集装置、系统及方法。

背景技术

植物拓扑结构的三维数字化技术，是采用具有空间坐标定位功能的三维数字化仪，利用其探笔按照一定的规则，在同一坐标系下获取植株主要结构的三维空间点序列，以数字化的方式真实重现目标植株的空间拓扑结构。借助现代三维信息获取手段，以数字化的方式对玉米株型进行精确定量的分析，对玉米株型在栽培和育种方面的应用具有重要作用。

常见三维数字化仪及软件工具，如FastScan(一款通用电脑扫描仪系统)、MicroScribe(美国Immersion公司推出的三维数字化仪)、FastRak(一款钢结构设计和制图软件)等，多应用于工业领域，并非专门为农业领域的植物所构建，但目前均已应用于植物三维数字化数据的获取，如玉米、水稻、小麦、番茄、果树等植物的植株或器官拓扑结构的数据采集。

三维数字化仪以器官为基本单位，通过人工操控数字化探笔，获取各器官的连续三维点集并存储。由于植物植株大小不一，需采用大范围数字化系统开展数据采集，MicroScribe为机械式数字化仪，由于其机械臂长有限，且机械臂无法弯曲，因而多在室内使用；FastRak和FastScan为电磁式三维数字化系统，其探笔为软线臂，结合LongRanger远距离发射器，仅适用于玉米、番茄、果树等高大植物的三维数字化数据采集，其中，LongRanger为远距离发射器，发射机范围为1.8m，发射机可拓展范围为40％。

而不论采用上述哪种方式进行连续三维点集的获取和存储，目前已有可用于植物三维数字化数据获取的三维数字化系统只能按器官获取数据点集，点集中点只是按照获取顺序以三维坐标形式存在，而上述的传统植物三维数字化方法均存在：点信息在获取时无法分类的问题。例如：在通过上述的传统植物三维数字化方法获取的、一组仅以三维坐标形式存在的点集数据中，如果是一组玉米叶片的三维数字化数据，则无法分辨哪个点是叶鞘终点、叶尖点、叶宽点等信息；如果是一组果树枝条，则无法分辨哪个点是普通枝干点、次级分枝生长点、叶片生长点、芽点等，即使在数据获取之前定义了一些获取规则，但也不适用于所有植物，为后期的数据处理与分析带来了极大的不便。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供了一种植物形态结构的三维数字化采集装置、系统及方法，为植物拓扑结构的三维重建和株型分析提供了更加高效的数据获取途径。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种植物形态结构的三维数字化采集装置，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。

进一步的，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。

进一步的，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。

优选的，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。

本发明还提供了一种植物形态结构的三维数字化系统，包括：定标发射装置，用于对所述植物器官建立坐标系；如上所述的采集装置，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。

优选的，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。

本发明还提供了一种植物形态结构的三维数字化方法，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，以得到各个待测点的多组坐标转换数据，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；