多分蘖作物植株三维重建方法、装置、设备及介质

本发明涉及三维重建，尤其涉及一种多分蘖作物植株三维重建方法、装置、设备及介质。

背景技术：

1、植物三维重建技术在作物研究的许多领域具有广泛的应用前景，如可以利用三维重建模型提取植物的形态结构表型指标，或利用重建的三维模型分析不同株型作物的光能利用效率等。

2、现有技术的植物三维重建方法主要为首先通过多视角图像或激光雷达获取植物点云，再根据植物点云，使用深度学习方法进行表型解析和重建。

3、然而，现有技术至少存在以下问题：由于多分蘖作物的植株结构普遍较为复杂，现有技术的多分蘖作物植株三维重建方法要求分蘖较为分散，对于形态结构复杂、分蘖多、细节丰富、存在交叉遮挡等情形的植株无法取得较好的三维重建结果。

技术实现思路

1、本发明提供一种多分蘖作物植株三维重建方法、装置、设备及介质，用以解决现有技术中对于结构复杂的作物植株三维重建结果表现较差的缺陷，实现多分蘖作物植株的三维重建。

2、本发明提供一种多分蘖作物植株三维重建方法，包括以下步骤：

3、获取待重建植株的点云数据；

4、根据所述点云数据，确定待重建植株的单茎生长特征信息；

5、根据单茎生长特征信息和叶片三维模板库，获取待重建植株的每一单茎的第一重建结果；所述叶片三维模板库包括多个叶片网格模型；

6、根据每一单茎的第一重建结果，确定待重建植株的第二重建结果；

7、优化所述第二重建结果的每一叶片的方位角，得到待重建植株的三维重建结果。

8、根据本发明提供的多分蘖作物植株三维重建方法，所述叶片三维模板库是通过如下方法得到的：

9、获取待重建作物的单茎点云数据；

10、根据待重建作物的单茎点云数据，获取叶片点云分割结果；

11、根据叶片点云分割结果，获取叶片网格模型；

12、根据多个不同的叶片网格模型，得到叶片三维模板库。

13、根据本发明提供的多分蘖作物植株三维重建方法，所述生长特征信息包括单茎个数、角度、长度和生长点信息，所述根据所述点云数据，确定待重建植株的每一单茎的生长特征信息，包括以下步骤：

14、对所述点云数据进行器官聚类，确定待重建植株的单茎个数、角度和长度信息；

15、截取所述点云数据，得到植株基部点云；

16、根据植株基部点云和单茎个数信息，确定待重建植株的单茎生长点信息。

17、根据本发明提供的多分蘖作物植株三维重建方法，根据植株基部点云，确定待重建植株的单茎生长点信息，包括以下步骤：

18、使用k-means算法对植株基部点云进行聚类，得到聚类中心点；

19、根据聚类中心点的空间分布，确定待重建植株的单茎生长点信息。

20、根据本发明提供的多分蘖作物植株三维重建方法，所述根据单茎生长特征信息和叶片三维模板库，获取待重建植株的每一单茎的第一重建结果，包括以下步骤：

21、根据叶片数量模型约束单茎上叶片的数量，根据叶形变化模型约束单茎上每一叶片的表形参数，得到每一叶片的叶片生成参数；

22、根据每一叶片的叶片生成参数，从叶片三维模板库中确定每一叶片对应的叶片网格模型；

23、根据每一叶片对应的叶片网格模型和单茎生长特征信息，得到单茎的第一重建结果。

24、根据本发明提供的多分蘖作物植株三维重建方法，所述优化所述第二重建结果的每一叶片的方位角，得到待重建植株的三维重建结果，包括以下步骤：

25、根据第二重建结果确定待优化的单茎队列；

26、遍历单茎队列的每一单茎，优化单茎上的每一叶片的方位角，使优化后的第二重建结果与点云数据的倒角距离最小，得到待重建植株的三维重建结果。

27、本发明还提供一种多分蘖作物植株三维重建装置，包括：

28、数据获取模块，用于获取待重建植株的点云数据；

29、特征信息模块，用于根据所述点云数据，确定待重建植株的单茎生长特征信息；

30、第一重建模块，用于根据单茎生长特征信息和叶片三维模板库，获取待重建植株的每一单茎的第一重建结果；所述叶片三维模板库包括多个叶片网格模型；

31、第二重建模块，用于根据每一单茎的第一重建结果，确定待重建植株的第二重建结果；

32、优化模块，用于优化所述第二重建结果的每一叶片的方位角，得到待重建植株的三维重建结果。

33、本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述多分蘖作物植株三维重建方法。

34、本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述多分蘖作物植株三维重建方法。

35、本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述多分蘖作物植株三维重建方法。

36、本发明提供的多分蘖作物植株三维重建方法、装置、设备及介质，通过单茎生长特征信息和叶片三维模板库获取每一单茎的第一重建结果，使基于第一重建结果得到的三维重建结果在作物表型方面与实测数据具有较好的一致性；通过优化第二重建结果，使优化后得到的三维重建结果在垂直空间分布上与实测数据具有较好的一致性，从而能够实现对于形态结构复杂的多分蘖作物植株的三维重建，为多分蘖作物植株研究提供有力支撑。

技术特征：

1.一种多分蘖作物植株三维重建方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的多分蘖作物植株三维重建方法，其特征在于，所述叶片三维模板库是通过如下方法得到的：

3.根据权利要求1所述的多分蘖作物植株三维重建方法，其特征在于，所述生长特征信息包括单茎个数、角度、长度和生长点信息，所述根据所述点云数据，确定待重建植株的每一单茎的生长特征信息，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的多分蘖作物植株三维重建方法，其特征在于，根据植株基部点云，确定待重建植株的单茎生长点信息，包括以下步骤：

5.根据权利要求3所述的多分蘖作物植株三维重建方法，其特征在于，所述根据单茎生长特征信息和叶片三维模板库，获取待重建植株的每一单茎的第一重建结果，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的多分蘖作物植株三维重建方法，其特征在于，所述优化所述第二重建结果的每一叶片的方位角，得到待重建植株的三维重建结果，包括以下步骤：

7.一种多分蘖作物植株三维重建装置，其特征在于，包括：

8.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至6任一项所述多分蘖作物植株三维重建方法。

9.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述多分蘖作物植株三维重建方法。

10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述多分蘖作物植株三维重建方法。

技术总结
本发明涉及三维重建技术领域，尤其涉及一种多分蘖作物植株三维重建方法、装置、设备及介质。本发明通过单茎生长特征信息和叶片三维模板库获取每一单茎的第一重建结果，使基于第一重建结果得到的三维重建结果在作物表型方面与实测数据具有较好的一致性；通过优化第二重建结果，使优化后得到的三维重建结果在垂直空间分布上与实测数据具有较好的一致性，从而能够实现对于形态结构复杂的多分蘖作物植株的三维重建，为多分蘖作物植株研究提供有力支撑。

技术研发人员：郭新宇,温维亮,顾文萱,吴升
受保护的技术使用者：北京市农林科学院信息技术研究中心
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29