CN106887034B - 植物形态结构的三维数字化采集装置、系统及方法 - Google Patents

Abstract

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。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。

Description

植物形态结构的三维数字化采集装置、系统及方法

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；

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数据；

根据所述分类后的各子器官生长点的坐标数据，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，P_i ^N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，P_k ^D表示特定分类信息为D的第k个点，

表示由P_k ^D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

本发明的上述技术方案具有以下有益效果：本发明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；本发明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行三维建模，并根据分类信息直接将坐标解析数据与各个器官点对应匹配，从而实现在采集植物器官的待测点信息时，能够直接获取带有分类信息的点信息，使得所获取的以器官为单位的三维数字化数据中，仍可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，且避免了误分类的问题，从而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了更加高效的数据获取途径。

附图说明

图1为本发明实施例一的采集装置的结构示意图；

图2为本发明实施例二的系统的结构示意图；

图3为本发明实施例三的方法的框架图。

其中，1、探针；2、点记录按钮；3、分类控制器；4、连接线；5、主体；10、待测点；20、采集装置；30、定标发射装置；40、主机；50、移动工作站。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下以三个实施例分别详细说明植物形态结构的三维数字化采集装置20、三维数字化系统及方法。

实施例一

如图1所示，本实施例一提供了一种植物形态结构的三维数字化采集装置20，该装置包括主体5、点记录按钮2和分类控制器3，主体5的一端连接有探针1，点记录按钮2和分类控制器3均设置于主体5上，优选探针1设置于主体5的前端，主体5的后端设有连接线4，通过连接线4可将采集装置20与系统主机40连接，也可以在主体5内部设置无线信号收发装置，利用无线数据连接方式将采集装置20采集的点信息数据无线传送给主机40；在主体5的侧面优选设有控制面板，点记录按钮2和分类控制器3顺次排列在控制面板上。

分类控制器3通过点记录按钮2与探针1连接，点记录按钮2用于控制探针1感应并获取植物器官上的任一待测点10的点信息，分类控制器3用于向获取的点信息中附加对应的分类信息，从而实现在采集植物器官的待测点10信息时，能够直接获取带有分类信息的点信息，使得所获取的以器官为单位的三维数字化数据中，仍可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，且避免了误分类的问题，从而有效提高三维建模的效率、精确度和可靠性。

本实施例一中，优选分类控制器3设有多个分类档位，每个分类档位分别通过分类对应规则与对应的分类信息相匹配，当分类控制器3选定任一分类档位时，可在点记录按钮2按下的同时，向探针1采集到的点信息中添加分类档位对应的分类信息，从而直接获取带有分类信息的点信息，同时有效保证分类信息的精确度。

优选的，分类控制器3的档位选择方式可以采用按钮式，即将多个分类档位设置为多个档位按钮，每个档位按钮标注有分类号，该分类号通过分类对应规则对应设置有一组分类信息，当按下某一档位按钮时，默认选中该分类档位，则在点记录按钮2按下的同时，在探针1采集到的点信息中自动添加有对应的分类信息；此外，分类控制器3的档位选择方式也可以采用拨动式，即将多个分类档位设置为拨盘，利用指针旋转选中对应的分类档位，来确定向点信息中添加对应的分类信息；除了上述两种方式外，分类控制器3的档位选择方式还可以采用其他常见的结构设置，只要满足设置有可供选择的分类档位，通过选中对应分类档位，可向点信息中添加对应的分类信息即可。

进一步优选的，多个分类档位中包括一个常规档位和至少一个附加档位，常规档位为默认档位，当分类控制器3处于该常规档位时，点信息中附加的分类信息可用于表示植物植株上非特定器官的待测点10；当分类控制器3处于任一附加档位时，可以根据分类对应规则，预先设定该附加档位表示的器官部位，从而在对植物任一器官的任一待测点10进行点信息的采集时，能够自动为采集到的点信息附加分类信息，从而同步实现数据采集和自动分类的工作。

实施例二

如图2所示，本实施例二提出了一种植物形态结构的三维数字化系统，该系统中包括定标发射装置30、采集装置20、主机40和移动工作站50。

该系统的定标发射装置30用于对植物器官建立坐标系，优选采用电磁式定标发射装置30，以确保根据植物植株的个体参数，在可靠范围内建立稳定的坐标系；当遇到植物植株过大时，如玉米植株通常高达2.6米左右，进一步优选采用远距离定标发射器，该远距离定标发射器可采用目前常见的现有定标发射器装置。

该系统的采集装置20的结构和工作原理如实施例一所述，其用于采集植物器官上各个待测点10的点信息，以同步实现数据采集和自动分类的工作，相同之处不再赘述。

该系统的主机40分别与定标发射装置30和采集装置20连接，用于按照预设坐标转换规则，对接收到的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；优选主机40为电磁式三维数字化主机40；由于在已确定的坐标系中进行点信息的采集工作，因此，通过主机40解析后的坐标解析数据中包括但不限于位置坐标信息、方向坐标信息和分类信息；优选的，主机40分别与定标发射装置30和采集装置20之间的连接可采用有线连接，也可采用无线数据连接，如GPS数据传送等。

该系统的移动工作站50与主机40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，并对解析后的坐标解析数据进行数据处理，从而完成对植物器官的三维建模，以使各组坐标数据与三维建模内的各个器官点对应匹配，即根据分类对应规则，根据器官对应的分类号匹配的分类信息，在建模时将带有对应分类信息的坐标数据安装在相应的位置，从而完成植物整体植株及各个特定器官的三维建模；优选的，移动工作站50与主机40之间的连接可采用有线连接，也可采用无线数据连接。

实施例三

如图3所示，本实施例三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：

S1、定标发射装置30建立坐标系；

S2、采集装置20获取植物器官上各个待测点10的点信息，点信息中包括分类信息；

S3、针对坐标系，通过主机40对各个待测点10的点信息进行坐标转换，以得到各个待测点10的坐标转换数据，各个待测点10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；

S4、通过主机40解析各个待测点10的坐标转换数据，以得到各个待测点10的坐标解析数据；

S5、根据各个待测点10的坐标解析数据，对植物器官进行器官特征参数计算与三维建模。

该方法能够实现在采集植物器官的待测点10信息时，直接获取带有分类信息的点信息，使得所获取的以器官为单位的三维数字化数据中，仍可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，且避免了误分类的问题，从而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了更加高效的数据获取途径。

具体的，在步骤S4中，进一步包括：

S401、主机40对各个待测点10的坐标转换数据进行筛选，以获取多组分别带有相同的分类信息的坐标转换数据；

S402、统计带有相同的分类信息的坐标转换数据的组数，罗列带有相同的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，以得到各个待测点10的坐标解析数据。

在步骤S5中，进一步包括：

S510、根据植物器官的类别，确定分类对应规则；

S520、根据分类信息，通过分类对应规则逐一标识各组坐标解析数据，以获取分类后的多组坐标数据；

S530、根据分类后的多组坐标数据，对植物器官进行三维建模，以使各组坐标数据与三维建模内的各个器官点对应匹配。

优选的，在步骤S510中，根据植物器官的类别，确定分类对应规则具体为：将三维数字化采集装置的分类控制器3的各个分类档位、与主机40内已对应设定好的分类信息相匹配，然后预设植物器官与分类档位的分类信息之间的对应关系，优选将各个附加档位的分类信息分别与植物器官的各个子器官相对应，且将常规档位的分类信息与植物器官的主干器官相对应，例如：以果树的任一枝条为主干器官，预设分类控制器3的N档位对应表示果树枝条，预设A档位对应表示果树枝条上的叶片生长点，C档位对应表述果树枝条上的果实生长点，叶片生长点和果实生长点均为果树枝条上的子器官。

优选的，在步骤S530中，进一步包括：

S531-1、根据分类后的各个待测点10的坐标数据，筛选出多组常规坐标点数据，各组常规坐标点数据中均包括与植物的主干器官对应的常规分类信息；

S531-2、计算所有常规坐标点数据之间的距离之和，以得到植物的主干器官骨架长度，主干器官骨架长度满足：

其中，l表示主干器官的骨架长度，P_i ^N表示常规分类信息为N的第i个点，n表示植物器官上对应点的个数；

S532-1、根据分类后的各个待测点10的坐标数据，筛选出多组特定坐标点数据，各组特定坐标点数据中均包括分别与植物的同一子器官对应的特定分类信息；

S532-2、根据任一特定坐标点数据、以及与特定坐标点数据相邻的相邻坐标点数据之间的位置关系，计算子器官与主干器官的骨架之间的子器官夹角，子器官夹角满足：

其中，α为子器官与主干器官的骨架之间的子器官夹角，

为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；

S533、根据主干器官骨架长度、各个子器官的位置、和各个子器官夹角，对植物器官进行三维建模，以使各组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。

其中，步骤S531-1和步骤S532-1可以同步进行，通过分别计算主干器官的骨架长度和子器官夹角，从而将某一类子器官中，任一子器官生长点的坐标、相对主干器官骨架的夹角之间相结合，进而确定该子器官的坐标位置和角度关系，最终确定该子器官的形态，从而在移动工作站50上的软件界面中，能利用可视化方式直观的看出：通过本实施例三的方法进行的三维建模较之现有技术更加准确清晰。

在上述的三个实施例的基础上，通过以下一个实验例进一步详细说明上述的采集装置20、系统及方法的具体内容。

实验例

本实验例的数据采用上述实施例二所述的系统及实施例三所述的方法得出，本实验里采用的实验装置中，采集装置20的结构为：在实施例一所述的采集装置20结构基本上，进一步设置分类控制器3具有四个分类按钮，其中包括一个常规档位N、以及三个有效的附加档位A、B、C。

本实验例的实验装置如下：

定标发射装置30选用远距离定标发射器，型号为：LongRanger，发射机范围为1.8m，发射机可拓展范围为40％，生产厂商为：POLHEMUS(波尔西莫斯)公司，该公司为三维位置/定位跟踪系统全球的头号供应商，在中国有多家产品代理商。

主机40选用电磁式三维数字化主机，型号为：FastScan，生产厂商为：POLHEMUS公司。

移动工作站50选用戴尔Precision移动工作站，型号为：Precision5510。

本实验例的实验过程如下：

首先，选中果树作为实验植物，取任一果树枝条作为待测器官；通过定标发射装置30设定坐标系，将坐标系的数据发送给主机40；根据分类对应规则，对采集装置20的分类控制器3的各个分类档位进行设定，其中，设定常规档位N表示果树枝条常规位置点，设定附加档位A表示次级枝条生长点，设定附加档位B表示叶片生长点，设定附加档位C表示果实生长点，将分类信息的参数输入到主机40中。

然后，利用采集装置20的探针1指向待测器官的对应待测点10，根据待测点10的所在位置选择对应的分类档位，按下点记录按钮2时，分类控制器3自动为采集到的该对应待测点10的点信息中附加对应的分类信息，并传送给主机40。

接着，主机40对接收到的点信息和坐标系进行汇总、筛选和统计，从而得出多组坐标解析数据，部分数据如表1所示：

表1实验植株的器官待测点10信息的数据表单

表1中，带有附加档位A的坐标解析数据的组数，则表示作为次级枝条生长点的待测点10个数，每一个带有附加档位A的坐标解析数据中的位置坐标信息和方向坐标信息能标识出一个次级枝条生长点的具体坐标数据；利用主机40分别筛选并逐一标识各组坐标解析数据，以获取分类后的多组坐标数据。

最后，主机40将解析并汇总得出的上述数据发送至移动工作站50，利用移动工作站50对实验植物进行三维建模，从而得到实验结果显示。

在三维建模时，根据分类对应规则，根据器官对应的分类号匹配的分类信息，在建模时将带有对应分类信息的坐标数据安装在相应的位置，从而完成植物整体植株及各个特定器官的三维建模和结构分析计算中，能够直接计算到对应分类的次级枝条生长点个数、叶片生长点个数等信息，也可获知器官组装时各器官的明确位置信息，简化三维建模的过程，且有效提高三维建模的精准度。

需要说明的是，通常在实验时，带有常规档位N的坐标解析数据的组数不需要统计，在三维建模时，按照植物类型进行常规标定即可。

综上，本发明各个实施例所述的植物形态结构的三维数字化采集装置20中，通过点记录按钮2控制探针1感应并获取植物器官上的任一待测点10的点信息，通过分类控制器3向获取的点信息中附加对应的分类信息；本发明的系统及方法利用采集装置20采集带有分类信息的点信息，利用主机40和定标发射装置30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50对经过解析后的坐标解析数据进行三维建模，并根据分类信息直接将坐标解析数据与各个器官点对应匹配，从而实现在采集植物器官的待测点10信息时，能够直接获取带有分类信息的点信息，使得所获取的以器官为单位的三维数字化数据中，仍可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，且避免了误分类的问题，从而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了更加高效的数据获取途径。

本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (8)

1.一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；

植物形态结构的三维数字化采集装置，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，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；

其中，所述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数据；

根据所述分类后的各子器官生长点的坐标数据，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；

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。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述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。

3.根据权利要求2所述的系统，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。

4.根据权利要求3所述的系统，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。

5.根据权利要求2-4任一项所述的系统，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。

6.一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；

其中，所述的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，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数据；

根据所述分类后的各子器官生长点的坐标数据，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；

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.根据权利要求6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，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。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的根据分类后的各子器官生长点的坐标数据，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数据，筛选出多组常规坐标点数据，各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，P_i ^N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子器官三维模板的各个器官生长点对应匹配。

Images