葡萄树几何特征的近端传感综述


发布时间:

2023-06-18

来源:

植物表型资讯

作者:

PhenoTrait

人口增加、在气候变化背景下的天气模式变化以及流行病在世界范围内的迅速传播等几个因素都会导致农业需求的扩大。为保证粮食的供应、质量和安全,同时提高产量和盈利能力,精确农业必须迅速发展。而精准葡萄栽培的目的是通过减少资源消耗和环境影响,同时提高葡萄园的产量、产品质量和酿酒潜力,从而优化葡萄园管理。因此,迫切需要在广泛的空间和时间范围上,在广泛的环境中以无损的方式跟踪各种目标作物的生长发育情况。本文对光学和非光学传感器在三维模型精密栽培中的实际应用和实验室应用进行综述。由于葡萄园固有的空间异质性,采用精密葡萄栽培技术,需要利用超声波、光探测和测距、深度或RGB摄像机等非接触式和非侵入性传感器对作物进行监测,以避免低精度和稀疏采样的发生。本研究旨在帮助研究人员广泛了解精密葡萄栽培的传感技术、目前存在的问题以及最新技术的研究进展。这项研究的重点是用于近距离传感的传感器,通过广泛的移动传感平台使用静态或动态的地面测量来对葡萄树进行几何特征描述。描述了所使用的传感器、数据提取和分析过程;此外,还讨论了近距离遥感和遥感在葡萄园中的应用前景。

 

先进的传感器和传感平台改善了照明条件的均匀性,将允许收集更大的数据集和更准确的结果,符合数据采集的易用性和高速率的总体趋势。

 

表1 超声波传感器应用在葡萄园中提取葡萄关键特征图片

 

表2 在葡萄园和实验室条件下,使用2D和3D激光雷达进行的最新研究

 

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图1 2D和3D葡萄树冠的图形示例,描绘采用激光雷达技术的不同几何方法(a)作物宽度是通过使用冲击点计算与作物轴的平均距离来计算; (b)点云在二维网格上的投影;(c)冠层极坐标;(d)沿葡萄藤行进行的两次模拟扫描的俯视图;(e)收获前9天从3D Velodyne LiDAR点云提取的典型葡萄树冠层;(f) 根据表面属性描绘不同的激光雷达强度值对葡萄树行进行三维表示;(g)使用高分辨率3D激光扫描仪的Gravevine点云

 

表3 商用LiDAR传感器概述及其主要规格 

 

表4 深度传感技术在葡萄园和实验室条件下用于提取葡萄树3D参数

 

表5 现有商用深度传感器及其主要规格概述

 

图2 人工分割为五个感兴趣区域的标记输入图像的示例

注:cnn必须区分相似性以减少假阳性和假阴性

 

 图3 (a)二维Delaunay三角剖分确定图像的聚类凸包;(b)像素内感兴趣的区域(红色)

 

图4 检测结果(原始图像左)显示侧光照下Mask R-CNN的点云检测结果

 

图图5 椭圆体浆果重建工作流程

 

表6 葡萄园中最先进的数字摄影测量方法,主要集中在表型和产量估算

 

表7 摄像机的型号、规格、主要优点和主要限制

 

 图6 移动式地面平台示例 (a)拖拉机;(b)多用途车;(c) Grover; (d)全地形车;(e)电动履带车;(f)微型电动汽车;(g)多用途车;(h)内燃机履带

 

图7 (a)高通量植物表型平台示例;(b)欧盟资助项目中的移动机器人平台示例 

 

 

来 源

Hugo Moreno,Dionisio Andújar. 2023. Proximal sensing for geometric characterization of vines: A review of the latest advances. Computers and Electronics in Agriculture Volume 210

 

编辑

陈秀娇
 

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