植物形态结构的三维数字化采集装置、系统及方法制造方法及图纸

本发明专利技术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。该装置通过点记录按钮控制探针感应并获取植物器官上的任一待测点的点信息，通过分类控制器向获取的点信息中附加对应的分类信息，以便于该系统及方法直接获取带有分类信息的点信息，继而利用主机和定标发射装置将其进行坐标转换和数据解析，从而在移动工作站中能够直观显示更为清晰的图像，使得所获取的以器官为单位的三维数字化数据中，能进一步对点信息进行自动分类，节省了依靠人工或算法重新对点进行分类的工序，且避免了误分类，有效提高三维建模的效率和可靠性，为植物拓扑结构的三维重建和株型分析提供更高效的数据获取途径。

Three dimensional digital collection device, system and method for plant morphological structure

The invention relates to the three-dimensional digitization technical field of plant topological structure, in particular to a three-dimensional digital collection device, system and method for plant morphological structure. The information recording device through the button control and access to any plant organ induction probe on the point to be tested, through the classification of the controller to the classified information acquired by the additional corresponding information, information with direct access to classified information to the system and method, then using host and calibration device will launch its coordinate conversion and data analysis, which can display more clear images in the mobile workstation, 3D digital data acquired by the organ for the unit, can further carry on the automatic classification of information, save or to rely on artificial algorithm points classification process, and avoid the error classification improve the efficiency and reliability of 3D modeling, provide more efficient ways of data acquisition for 3D reconstruction and analysis of plant plant topological structure.

【技术实现步骤摘要】
植物形态结构的三维数字化采集装置、系统及方法
本专利技术涉及植物拓扑结构的三维数字化
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术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，本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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；通过主机解析各个所述待测点的坐标转换数据，以得到各个所述待测点的坐标解析数据；根据各个所述待测点的坐标解析数据，对所述植物器官进行器官特征参数计算与三维建模。优选的，所述的通过主机解析各个所述待测点的坐标转换数据，以得到各个所述待测点的坐标解析数据，进一步包括：所述主机对各个所述待测点的所述坐标转换数据进行筛选，以获取多组分别带有相同的所述分类信息的坐标转换数据；统计带有相同的所述分类信息的坐标转换数据的组数，罗列带有相同的所述分类信息的坐标转换数据的分类信息、位置坐标信息和方向坐标信息，以得到各个所述待测点的坐标解析数据。优选的，所述的根据各个所述待测点坐标解析数据，对所述植物器官进行器官特征参数计算与三维建模，进一步包括：根据所述植物器官的类别，确定分类对应规则；根据所述分类信息，通过所述分类对应规则逐一标识各个所述待测点的坐标解析数据，以获取分类后的各子器官生长点的坐标建模数据；根据所述分类后的各子器官生长点的坐标建模数据，通过加载对应分类子器官的三维模板几何模型，对所述植物器官进行三维建模。进一步的，所述的根据分类后的各子器官生长点的坐标建模数据，通过加载对应分类子器官的三维模板几何模型，对所述植物器官进行三维建模，进一步包括：根据分类后的各个所述待测点的坐标建模数据，筛选出多组常规坐标点数据，各组所述常规坐标点数据中均包括与所述植物的主干器官对应的常规分类信息；计算所有所述常规坐标点数据之间的距离之和，以得到所述植物的主干器官骨架长度，所述主干器官骨架长度满足：其中，l表示所述主干器官的骨架长度，PiN表示常规分类信息为N的第i个点，n表示所述植物器官上对应点的个数；根据分类后的各个所述待测点的坐标建模数据，筛选出多组特定坐标点数据，各组所述特定坐标点数据中均包括分别与所述植物的同一子器官对应的特定分类信息；根据任一所述特定坐标点数据、以及与所述特定坐标点数据相邻的相邻坐标点数据之间的位置关系，计算所述子器官与主干器官的骨架之间的子器官夹角，所述子器官夹角满足：其中，α为所述子器官与主干器官的骨架之间的子器官夹角，为所述植物器官的部分坐标点数据，表示特定分类信息为D的第k个点，表示由指向的向量；根据所述主干器官骨架长度、各个所述子器官的位置、和各个所述子器官夹角，对所述植物器官进行三维建模，以使各组所述坐标点数据与对应分类下的子器官三维模板的各个器官点对应匹配。(三)有益效果本专利技术的上述技术方案具有以下有益效果：本专利技术的植物形态结构的三维数字化采集装置中，通过点记录按钮控制探针感应并获取植物器官上的任一待测点的点信息，通过分类控制器向获取的点信息中附加对应的分类信息；本专利技术的系统及方法利用采集装置采集带有分类信息的点信息，利用主机和定标发射装置将带有分类信息的点信息进行坐标转换和数据解析，利用移动工作站对经过解析后的坐标解析数据进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种植物形态结构的三维数字化采集装置，其特征在于，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。

【技术特征摘要】
1.一种植物形态结构的三维数字化采集装置，其特征在于，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。2.根据权利要求1所述的采集装置，其特征在于，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。3.根据权利要求2所述的采集装置，其特征在于，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。4.根据权利要求1-3任一项所述的采集装置，其特征在于，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。5.一种植物形态结构的三维数字化系统，其特征在于，包括：定标发射装置，用于对所述植物器官建立坐标系；如权利要求1-4任一项所述的采集装置，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。6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，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。7.一种植物形态结构的三维数字化方法，其特征在于，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，以得到各个所述待测点的坐标转换数据，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；通过主机解析各个所述待测点的坐标转换数据，以得到各所述待测点的坐标解析数据；根据各个所述待测点坐标解析数据，对所述植物器官进行器官特征参数计算与三维建模。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的通过主机解析各个所述待测点的所述坐标转换数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：温维亮，郭新宇，吴升，王勇健，郭焱，
申请(专利权)人：北京农业信息技术研究中心，农芯科技北京有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11