果QSM:在果园中的果树建筑的基于几何的3D特征

科学领域:

• 园艺和农业工程 园艺和农业工程
• 计算机视觉和3D重建
• 林业和植物科学 林业和植物科学

背景情况:

• 果树架构对于精确管理和繁殖至关重要,但传统的2D成像方法由于遮蔽和视角问题而受到精度限制.
• 准确地描述树木的建筑特征,包括高度,树干直径,树枝数,树枝直径和树枝角度,对于优化果园生产力和推进植物表型是必不可少的.
• 陆地激光扫描仪 (TLS) 技术为植物结构的详细3D数据采集提供了一个潜在的解决方案.

研究的目的:

• 开发和验证基于3D几何的处理管道,用于对果树结构进行细分,并使用TLS点云数据来描述建筑特征.
• 为了克服2D成像技术在准确评估果树架构方面的局限性.
• 为高密度果园的精密管理提供基础,并在育种计划中增强表型.

主要方法:

• 设计了一个由四个模块组成的处理管道:数据预处理,树实例细分,树结构细分和建筑特征提取.
• 该管道使用了由地面激光扫描仪 (TLS) 获得的点云数据.
• 该系统用于分析来自两个不同的品种的84棵果树.

主要成果:

• 管道在树层实现了高精度,树高度的R2值为0.92,树干直径为0.83,相应的平均绝对误差 (MAE) 为6.1厘米和4.71毫米.
• 在分支层面,该系统表现出强的性能,分支直径的R2值为0.77,分支角度为0.69,MAE分别为6.86mm和7.48°.
• 该研究成功地描述了关键的建筑特征,包括树的高度,树干直径,树枝数量,树枝直径和树枝角度.

结论:

• 开发的基于3D几何的管道有效地分割了果树结构,并准确地从TLS数据中提取建筑特征,超越了传统的2D方法.
• 精确的建筑特征测量可以在高密度果园中进行精确管理,并支持果育种的先进表型.
• 这项研究确定了3D树特性中的一般瓶,为未来该领域的进步铺平了道路.