CN110660126A - 基于三维点云扫描技术构建枸杞叶片表型组数据库的方法 - Google Patents

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黄婷
何昕孺
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Abstract

本发明提供基于三维点云扫描技术构建枸杞叶片表型组数据库的方法，涉及三维点云扫描技术领域。该基于三维点云扫描技术构建枸杞叶片表型组数据库的方法，包括以下步骤：S1.筛选枸杞：按照符合本品种(系)特征且特征明显无病虫害的枸杞叶片进行筛选；S2.枸杞扫描：1)以枸杞叶片为扫描对象，进行室内扫描；2)组装OKIO‑5M扫描仪，其扫描精度为0.03mm，扫描范围为3mm‑400mm，使用2390标定板对其进行校准，按照软件规定操作进行标定工作至标定成功。通过三维点云扫描技术，精确测定叶片表面积及体积，通过构建枸杞叶片三维模型，获得叶片表型组数据库，可批量测定枸杞叶片表型组数据，节省人力，减少误差。

Description

基于三维点云扫描技术构建枸杞叶片表型组数据库的方法
技术领域
本发明涉及三维点云扫描技术领域，具体为基于三维点云扫描技术构建枸杞叶片表型组数据库的方法。
背景技术
枸杞为茄科多年生落叶灌木，目前有三种七变种，不同枸杞品种其叶片形态各异，主要包括：棒形、倒披针形、倒圆形、宽披针形、条形、窄披针形。生产实践中对于枸杞叶片性状的描述，主要通过人工测量。目前存在样量大，人为误差大，数据量少等问题，只是较简单的描述枸杞叶片长度、宽度，无法准确描述枸杞叶片形态特征，为后期数据深度挖掘，枸杞叶片表型组数据的获得带来极大障碍。
植物表型是指由自身和外界环境决定或影响的植物的表现特征，反映了植物的生长发育过程、遗传特性、生理生化特征等。植物表型研究主要是通过获取高质量、可重复的性状数据，量化分析基因型和环境互作效应及其对产量、质量、抗逆等相关的主要性状的影响。
随着计算机技术在农业领域的应用发展及作物研究数字化、可视化的需求，在计算上高精度测量表型参数、分析形态结构是现代农业研究急需解决的问题。三维扫描技术能迅速、准确的获取植物表面点云信息，获得植物三维数据，为研究和预测枸杞生长奠定基础,因此,三维扫描技术在表型研究过程中占据了十分重要的地位。
目前，枸杞叶片表型信息采集主要依靠人工利用游标卡尺测定叶片宽度、长度，确定枸杞叶片形态，此方式不足之处主要表现在：第一，效率低，短时间内无法获取充分的表型信息；第二，无法克服人为误差，测量数据精度不高；第三，缺少立体性，无法多角度进行测定、分析和观察；第四，忽略对叶片厚度的测定。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了基于三维点云扫描技术构建枸杞叶片表型组数据库的方法，解决了上述存在的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：基于三维点云扫描技术构建枸杞叶片表型组数据库的方法，包括以下步骤：
S1.筛选枸杞：
按照符合本品种特征且特征明显无病虫害的枸杞叶片进行筛选；
S2.枸杞叶片扫描：
1)以枸杞叶片为扫描对象，进行室内扫描；
2)组装OKIO-5M扫描仪，其扫描精度为0.03mm，扫描范围为3mm-400mm，使用2390标定板对其进行校准，按照软件规定操作进行标定工作至标定成功；
3)对筛选出来的样品喷显像剂DPT-5，利用0.2mm厚90％以上透光率两块玻璃薄片将叶片夹住固定，并用黑色彩泥将其固定在转盘中心；
4)使用3DScan-OKIO软件，转动转盘进行初步整体扫描，按一次旋转90°，转4次进行扫描获得枸杞完整点云数据，去除周围杂点观察，对未扫描到的细节部分再次扫描，采用多步扫描的方法，补全能够扫描到的所有数据并对其进行拼接合并，获得三角面片数据，将获得的面片数据导入到GeomagicWrap中进行处理，处理至面片表面光滑、无破孔，数据处理后，导入GeomagicDesignX中进行实体创建；
5)创建工程图
a)制作枸杞叶片目录工程图：在UnigraphicsNX新建工程图，使用枸杞STP数据来构建明细栏，明细栏中包含序号、数量、代号，在图纸中制作格栅并标序，按明细栏分别在UnigraphicsNX打开由GeomagicDesignX处理得到的实体数据，按序号放置叶片正投影视图；
b)制作断面图：在UnigraphicsNX中打开完整枸杞STP格式文件，新建工程图，放置一个基础视图和五个投影视图，基础视图及五个投影视图用于制作断面图，制作出的五个断面图各标注长、宽两个尺寸；
S3.测量完整枸杞长宽、表面积、体积：
将在GeomagicDesignX中摆正对齐过的实体模型使用GeomagicWrap打开，将STP数据装换为STL数据，分别测量长、宽、体积、表面积数据并记录。
工作原理：
1、枸杞叶片三维模型的构建：
实体三维模型构建过程中，利用扫描仪扫描获取三维点云数据，通过去除杂点筛选出点云数据；使用geomagicwrap软件将点云数据处理后封装得到三角面片STL数据；使用STL数据利用geomagicdesign，进行逆向建模，将无数个三角面片链接成为一个封闭的实体，最终得到实体STP数据。最后，再将这些三角面片进行合理划分，生成大面片进行缝合后生成实体模型。
2、枸杞叶片表面积、体积精确的测定方法：
利用由无数不同规格的三角面片组成的STL数据，通过geomagicwrap测量，利用其面积为其无数三角形面积之和，得到果实的表面积及体积。
3、枸杞叶片表型数据采集过程中阈值点的划分：
测量叶片长度五等份，取得五个截面数据，获得叶片不同位置的长度及宽度。
4、通过三维点云扫描技术，获取枸杞果实信息，构建了枸杞叶片表型组数据集及数据库：
对不同品种(系)枸杞叶片进行扫描，获得其三维结构图，将其划分为无数等份，将获得大量枸杞截面数据，通过数据不断分析、积累构建一个枸杞不同种质成熟果实的数据库，可从中查询枸杞叶片关键特征，旨在为不同枸杞品种(系)的栽培管理提供数据参考。
(三)有益效果
本发明提供了基于三维点云扫描技术构建枸杞叶片表型组数据库的方法。具备以下有益效果：
1、该基于三维点云扫描技术构建枸杞叶片表型组数据库的方法，可批量测定枸杞叶片表型组数据，节省人力，减少误差。
2、该基于三维点云扫描技术构建枸杞叶片表型组数据库的方法，通过三维点云扫描技术，精确测定叶片表面积及体积。
3、该基于三维点云扫描技术构建枸杞叶片表型组数据库的方法，通过构建枸杞叶片三维模型，获得叶片表型组数据库。
附图说明
图1为本发明流程示意图；
图2为本发明扫描的枸杞叶片结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
如图1-2所示，本发明实施例提供基于三维点云扫描技术构建枸杞叶片表型组数据库的方法，包括以下步骤：
S1.筛选枸杞：
按照符合本品种(系)特征且特征明显无病虫害的枸杞叶片进行筛选；
S2.枸杞叶片扫描：
1)以枸杞叶片为扫描对象，进行室内扫描；
2)组装OKIO-5M扫描仪，其扫描精度为0.03mm，扫描范围为3mm-400mm，使用2390标定板对其进行校准，按照软件规定操作进行标定工作至标定成功；
3)对筛选出来的样品喷显像剂DPT-5，利用0.2mm厚90％以上透光率两块玻璃薄片将叶片夹住固定，并用黑色彩泥将其固定在转盘中心；
4)使用3DScan-OKIO软件，转动转盘进行初步整体扫描，按一次旋转90°，转4次进行扫描获得枸杞完整点云数据，去除周围杂点观察，对未扫描到的细节部分再次扫描，采用多步扫描的方法，补全能够扫描到的所有数据并对其进行拼接合并，获得三角面片数据，将获得的面片数据导入到GeomagicWrap中进行处理，处理至面片表面光滑、无破孔，数据处理后，导入GeomagicDesignX中进行实体创建；
5)创建工程图
a)制作枸杞叶片目录工程图：在UnigraphicsNX新建工程图，使用枸杞STP数据来构建明细栏，明细栏中包含序号、数量、代号，在图纸中制作格栅并标序，按明细栏分别在UnigraphicsNX打开由GeomagicDesignX处理得到的实体数据，按序号放置叶片正投影视图；
b)制作断面图：在UnigraphicsNX中打开完整枸杞STP格式文件，新建工程图，放置一个基础视图(正视)和五个投影视图(俯视)，基础视图及五个投影视图用于制作断面图，制作出的五个断面图各标注长、宽两个尺寸；
S3.测量完整枸杞长宽、表面积、体积：
将在GeomagicDesignX中摆正对齐过的实体模型使用GeomagicWrap打开，将STP数据装换为STL数据，分别测量长、宽、体积、表面积数据并记录，利用由无数不同规格的三角面片组成的STL数据，通过geomagicwrap测量，利用其面积为其无数三角形面积之和，得到果实的表面积及体积。
通过三维点云扫描技术，精确测定叶片表面积及体积，通过构建枸杞叶片三维模型，获得叶片表型组数据库，可批量测定枸杞叶片表型组数据，节省人力，减少误差。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.基于三维点云扫描技术构建枸杞叶片表型组数据库的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.筛选枸杞：
按照符合本品种特征且特征明显无病虫害的枸杞叶片进行筛选；
S2.枸杞叶片扫描：
1)以枸杞叶片为扫描对象，进行室内扫描；
2)组装OKIO-5M扫描仪，其扫描精度为0.03mm，扫描范围为3mm-400mm，使用2390标定板对其进行校准，按照软件规定操作进行标定工作至标定成功；
3)对筛选出来的样品喷显像剂DPT-5，利用0.2mm厚90％以上透光率两块玻璃薄片将叶片夹住固定，并用黑色彩泥将其固定在转盘中心；
4)使用3DScan-OKIO软件，转动转盘进行初步整体扫描，按一次旋转90°，转4次进行扫描获得枸杞完整点云数据，去除周围杂点观察，对未扫描到的细节部分再次扫描，采用多步扫描的方法，补全能够扫描到的所有数据并对其进行拼接合并，获得三角面片数据，将获得的面片数据导入到GeomagicWrap中进行处理，处理至面片表面光滑、无破孔，数据处理后，导入GeomagicDesignX中进行实体创建；
5)创建工程图
a)制作枸杞叶片目录工程图：在UnigraphicsNX新建工程图，使用枸杞STP数据来构建明细栏，明细栏中包含序号、数量、代号，在图纸中制作格栅并标序，按明细栏分别在UnigraphicsNX打开由GeomagicDesignX处理得到的实体数据，按序号放置叶片正投影视图；
b)制作断面图：在UnigraphicsNX中打开完整枸杞STP格式文件，新建工程图，放置一个基础视图和五个投影视图，基础视图及五个投影视图用于制作断面图，制作出的五个断面图各标注长、宽两个尺寸；
S3.测量完整枸杞长宽、表面积、体积：
将在GeomagicDesignX中摆正对齐过的实体模型使用GeomagicWrap打开，将STP数据装换为STL数据，分别测量长、宽、体积、表面积数据并记录。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112986240A (zh) * 2021-02-03 2021-06-18 南京农业大学 一种基于叶片表型的茶树品种鉴定方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030176994A1 (en) * 2000-09-06 2003-09-18 Steven Spitz Boundary representation per feature methods and systems
CN104748677A (zh) * 2015-02-11 2015-07-01 中国矿业大学(北京) 采用三维激光扫描方式测量植株形态的方法
CN107392956A (zh) * 2017-06-08 2017-11-24 北京农业信息技术研究中心 作物根系表型检测方法和装置
CN107726999A (zh) * 2017-11-14 2018-02-23 绵阳天眼激光科技有限公司 一种物体表面三维信息重建系统及其工作方法
CN108376419A (zh) * 2017-12-11 2018-08-07 江苏大学 一种盆栽生菜的综合长势监测方法及装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030176994A1 (en) * 2000-09-06 2003-09-18 Steven Spitz Boundary representation per feature methods and systems
CN104748677A (zh) * 2015-02-11 2015-07-01 中国矿业大学(北京) 采用三维激光扫描方式测量植株形态的方法
CN107392956A (zh) * 2017-06-08 2017-11-24 北京农业信息技术研究中心 作物根系表型检测方法和装置
CN107726999A (zh) * 2017-11-14 2018-02-23 绵阳天眼激光科技有限公司 一种物体表面三维信息重建系统及其工作方法
CN108376419A (zh) * 2017-12-11 2018-08-07 江苏大学 一种盆栽生菜的综合长势监测方法及装置
WO2019113998A1 (zh) * 2017-12-11 2019-06-20 江苏大学 一种盆栽生菜的综合长势监测方法及装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李青林;毛罕平;李萍萍;靳志龙;: "基于激光扫描点云数据的植物叶片三维可视化" *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112986240A (zh) * 2021-02-03 2021-06-18 南京农业大学 一种基于叶片表型的茶树品种鉴定方法

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