[发明专利]基于点云的植物叶绿素含量三维空间立体分布可视化方法

说明书

本发明公开了基于点云的植物叶绿素含量三维空间立体分布的可视化方法，包括：采集植物叶片的彩色图像数据；通过叶绿素含量测量仪检测采集的植物叶片叶绿素含量；从植物叶片的彩色图像数据中提取色彩因子；将叶绿素含量测量仪检测到的叶绿素含量与提取到的色彩因子进行相关性分析，建立叶绿素含量的最佳回归模型；将叶绿素含量的最佳回归模型应用在重建的植物三维模型上，得到所有点相应的叶绿素含量值，通过伪彩色处理后实现植物叶绿素含量三维空间分布可视化。本发明解决了目前植物表型信息提取存在的无法大批量、快速、准确、无损的测量叶绿素含量的问题，实现了植物叶绿素含量三维空间分布的可视化，以便直观的观测植物叶绿素含量分布情况。

技术领域

本发明涉及图像分析领域，更具体的涉及基于点云的植物叶绿素含量三维空间立体分布的可视化方法。

背景技术

植物进行生理生化参数分析时，通过计算机视觉技术采集植物图像并分析图像数据中的颜色信息与生理生化含量测量仪检测到参数建立数学估算模型是常用的方法。其中利用可见光相机采集二维图像具有成本低廉、较易获取的优点，是计算机视觉领域较为常用的方法。二维植物图像只能进行植物单侧成像分析，然而植物拥有复杂的空间形态结构，生长过程中有明显的形态结构与生理生化变化，拓扑结构普遍比较复杂。仅从二维图像分析难以得到精确的测量值，不能获得植物完整的形态结构信息，例如植物弯曲叶面的叶面积、被部分枝叶遮挡的器官参数等。通过建立植物三维空间立体模型，精确的分析出植物各器官的颜色信息，可用于探寻植物全生长周期过程中植物各器官的生理生化参数变化规律，对植物施肥管理、表型监测、病虫害识别研究具有重要价值。

植物在进行光合作用时，叶绿素对光能的吸收和利用起着重要的作用。植物叶绿素含量分布情况，可作为植物是否缺少营养或者受到环境影响的依据。植物叶绿素含量跟氮含量具有相关性，叶绿素含量可以作为植物氮肥的精准化管理的重要指标。通过叶绿素含量来指导植物施肥，不仅可以有效减少肥料浪费，而且可以避免过量施肥。然而传统的叶绿素含量测定只能在特定时间或生长阶段对植株进行，有的甚至以折断、摘离、切割等方式将叶片与植物分割离体进行破坏性测量，工作量大、效率低，且只能针对单叶片上的单点进行测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供基于点云的植物叶绿素含量三维空间立体分布的可视化方法，本基于点云的植物叶绿素含量三维空间立体分布的可视化方法解决了目前植物表型信息提取存在的无法大批量、快速、准确、无损的测量叶绿素含量的问题，实现了植物叶绿素含量三维空间分布的可视化，以便直观的观测植物叶绿素含量分布情况。

为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：

基于点云的植物叶绿素含量三维空间立体分布的可视化方法，包括以下步骤：

S1、标定可见光相机色彩信息参数并采集植物叶片的彩色图像数据；

S2、通过叶绿素含量测量仪检测采集的植物叶片叶绿素含量；

S3、对采集到的植物叶片的彩色图像数据进行处理，提取色彩因子；

S4、将叶绿素含量测量仪检测到的叶绿素含量与上述处理后提取到的色彩因子进行相关性分析，建立叶绿素含量的最佳回归模型；

S5、采集多视角下植物的彩色图像数据；

S6、使用尺度和旋转不变性算法，提取多视角下采集到的植物彩色图像中的特征点信息；

S7、将上述S6中每张植物彩色图像中的特征点通过邻近搜索，进行特征点匹配；

S8、通过运动恢复结构算法得到具有颜色信息的植物三维模型；

S9、将上述S4建立的叶绿素含量的最佳回归模型应用在上述S8重建的植物三维模型上，得到所有点相应的叶绿素含量值，通过伪彩色处理后实现植物叶绿素含量三维空间分布可视化。