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華中農(nóng)業(yè)大學(xué)新研究,基于多源數(shù)據(jù)的馬鈴薯植株表型參數(shù)提取

juying ? 來源:juying ? 作者:juying ? 2023-06-15 15:45 ? 次閱讀
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隨著鄉(xiāng)村振興、智慧農(nóng)業(yè)等計劃的實(shí)施,無數(shù)科研機(jī)構(gòu)已全面深入對農(nóng)業(yè)相關(guān)領(lǐng)域的研究中,在算法、系統(tǒng)、農(nóng)機(jī)裝備等方面都著手開展。

針對作物具有結(jié)構(gòu)多樣、生長環(huán)境復(fù)雜等特征。以RGB圖像數(shù)據(jù)能真實(shí)地反映植株的紋理特征與顏色特征,三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)包含了作物的體量信息。將RGB圖像和三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)作物的二維和三維表型參數(shù)提取,對表型組學(xué)的方法研究具有重要意義。

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院攜手植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院、作物遺傳改良國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,展開了一項(xiàng)基于多源數(shù)據(jù)的馬鈴薯植株表型參數(shù)提取的研究。該研究以馬鈴薯為研究對象,使用RGB相機(jī)和激光掃描儀分別采集了50個馬鈴薯的RGB圖像與三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

對比了OCRNet,UpNet,PaNet和DeepLab v3+四種深度學(xué)習(xí)語義分割方法的分割精度,并選擇精度較高的OCRNet網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)馬鈴薯頂視圖像的語義分割。優(yōu)化了Mean shift聚類算法流程,完成了馬鈴薯植株激光點(diǎn)云的單株分割,并結(jié)合歐式聚類和K-Means聚類算法對單株馬鈴薯植株點(diǎn)云的莖和葉進(jìn)行準(zhǔn)確地分割。

同時,提出一種利用編號建立馬鈴薯單株RGB圖像和激光點(diǎn)云間一一對應(yīng)關(guān)系的策略,并以此為基礎(chǔ)分別從RGB圖像與激光點(diǎn)云中提取同一馬鈴薯植株包括最大寬度、周長、面積、株高、體積、葉長與葉寬在內(nèi)的8個二維表型參數(shù)與10個三維表型參數(shù)。

最后,選擇了比較具有代表性、易測量的葉片數(shù)、株高、最大寬度三個表型參數(shù)進(jìn)行精度評估,平均絕對百分比誤差分別為8.6%、8.3%和6.0%,均方根誤差分別為1.371片、3.2 cm和1.86 cm,決定系數(shù)R2分別為0.93、0.95和0.91。

精度評估的結(jié)果表明,所提取的表型參數(shù)能夠準(zhǔn)確、高效反映馬鈴薯的生長狀態(tài),將馬鈴薯的RGB影像數(shù)據(jù)與三維激光點(diǎn)云數(shù)據(jù)相結(jié)合,能夠充分發(fā)揮RGB圖像紋理顏色特征豐富、三維點(diǎn)云能夠提供體量信息的優(yōu)勢,實(shí)現(xiàn)馬鈴薯植株二維與三維表型參數(shù)高精度、非破壞性的提取。

該研究成果不僅可以為馬鈴薯的種植和育種提供重要的技術(shù)支持,還可以為基于表型數(shù)據(jù)的研究提供有力支持。

為推動智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的科研方面,諸如華中農(nóng)業(yè)大學(xué)之類的機(jī)構(gòu)都在努力著,期待未來越來越多的科研成果能應(yīng)用到農(nóng)業(yè)中,真正做到科技改變生活。

審核編輯黃宇

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