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  • 三维激光扫描仪在农业中的应用
  • 本站编辑:北京中显恒业仪器仪表有限公司发布日期:2020-06-01 15:01 浏览次数:

三维激光扫描技术的日趋成熟和扫描设备的广泛普及,使其成为三维建模的重要数据获取途径,也是计算机图形学、数据处理领域的研究热点问题。针对不同领域的应用,国内外研究人员提出了许多有效的解决方法,主要体现在点云曲面、基于点的建模,点云数据处理、特征提取、网格重建误差分析等几个方面。

在农业领域中,植物是虚拟现实领域的重要建模对象之一,特别是在计算机图形学领域和虚拟农业领域的应用中,对植物对象的真实感建模提出了更高的要求。植物的三维建模是虚拟植物的基础,如何快速、准确、有效地获取植物的三维空间信息,成为植物三维建模首要解决的问题。

现状与困难

现有的植物对象建模方法大多基于手工测量数据和数字设计的手段,传统的数据采集技术速度慢、精度低,在精确性和真实感上已经难以满足现代数字植物的建模要求。而三维激光扫描测量技术克服了传统測量技术的局限性,采用非接触主动测量方式直接获取高精度三维数据,能够对任意物体进行扫描,且没有昼夜的限制,快速将现实中的目标静态结构信息转换成可以处理的数据。它具有扫描速度快、实时性强、精度高、主动性强、全数字特征等特点,可以极大地节约时间,而且使用方便,其输出格式多可直接在Polyworks、 Geomagic等软件中进行后期分析,因此,将三维激光扫描技术引入植物建模应用中,为植物的形态结构三维重建提供了一个全新有效的方法。

 技术优势

(一)技术特点

随着三维激光扫描技术的出现,结合分析软件,可以通过三维点云数据快速保存被调植被的各方面信息,在这个信息基础上,可以方便提取植物树冠、胸径等数据,方便进行农作物数据分析和保存,通过软件自动化提取参数的模块,可以大批量、高效率的获取所需要的数值,相比传统数据采集手段来说,可以做到既快又准,而且在获取某些植被的关键参数上,也不用砍伐树木来获取植被信息了,保证了生态的可持续发展,将农业调查对环境的伤害程度降到最低。

(二)设备概况

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Go!SCAN 3D 是快速、用户友好型手持式 3D 扫描仪。设计用于扫描任何物体,无需安装,可高质量地采集纹理和几何形状,色彩丰富,细节精致。可以用于采集农作物的颜色,而且无需贴点就可以完成扫描,精度达到0.05mm。

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而对于更高精度要求的农作物扫描,我们推荐工业级的handyscan black,HandySCAN 3D 始终可实现精 确测量,同时提供高分辨率和可追踪结果。以动态参考为特点,扫描仪 和部件都可在测量期间移动,且依可以确保扫描精确、高质量,精度:0.025 mm。

 (三)解决方案

三维激光扫描在农作物业研究中的应用广泛,根据不同的需求可以生成相应的成果。主要工作流程包括以下几个步骤

1.在实施具体扫描计划之前,需要制定严密的扫描方案,根据数据采隽的精度要求和被扫描物体现坜环境,确定扫描路线、扫描站

数、仪器架站位置、扫描密度选择

2.数据获取,包括三维点云数据采集和纹理信息的获取。

3.点云数据预处理,主要包括点云的去噪,配住和点云着色,导出真彩色点云数据,后期成果应用于展示,包括植株高度、胸径等关

键因子采集,植点云数据存档。

应用案例

1、整片小麦农作物的扫描,用于分析生长周期:

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2、单株植物的数据采集,并在植被软件中对长势进行整体分析

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3、单株作物的高精度扫描,进行数据存档,或者用于AR展示

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结论

通过三维激光扫描仪野外扫描获取样木三维空间信息及影像数据,并由相应软件室内量取样木任意高直径,其测量精度完全前能够达到农业作物的数据采集 ,可信度更高。点云数据不光可用于提取尺寸,也可提供其他如生物量、树干相对位置和叶面积指数,进而实现高效、大数量、大范围的数据采集,这样做在地域上具有很强的针对性,量体裁衣,保证了数据的高精度,付诸于生产实践,对建立现代农业资源研究改进具有重要的现实意义