自主研發(fā)作物表型監(jiān)測系統(tǒng)——Crop3D

室內(nèi)固定監(jiān)測平臺(tái)

Crop 3D?作為國內(nèi)首套高通量作物三維表型監(jiān)測系統(tǒng)，2014?年由中國科學(xué)院植物研究所研發(fā)，包括室內(nèi)固定平臺(tái)、室外移動(dòng)監(jiān)測平臺(tái)、無人機(jī)監(jiān)測平臺(tái)，以及在建的田間大型固定監(jiān)測平臺(tái)。室內(nèi)平臺(tái)集成了激光雷達(dá)、高分辨率相機(jī)、多光譜和熱成像儀?4?種傳感器，采用“sensor-to-plant”的工作方式?240?s?可完成框架內(nèi)?20?m²面積的作物掃描（圖?1a）。其中，激光雷達(dá)獲取的點(diǎn)云數(shù)據(jù)能夠提供毫米級精度的表型結(jié)構(gòu)信息，在作物葉傾角、葉面積密度、葉面積指數(shù)、作物三維體積等三維結(jié)構(gòu)參數(shù)提取方面有不可比擬的優(yōu)勢；高分影像提供了群體水平完整的冠層覆蓋信息，為作物三維重建時(shí)提供了豐富的紋理信息；高光譜圖像通過拼接、校正、勻色等處理，提供了高空間分辨率的植被指數(shù)，可應(yīng)用于作物長勢、作物生理狀態(tài)評估；熱成像儀提供了作物冠層溫度的全天候監(jiān)測，可實(shí)時(shí)地反映作物在生長脅迫下的生理狀態(tài)。為了實(shí)現(xiàn)不同溫室環(huán)境內(nèi)的數(shù)據(jù)采集，研發(fā)的小型室內(nèi)移動(dòng)搭載平臺(tái)將固定式搭載平臺(tái)的傳感器模塊進(jìn)行移植，可跨溫室作業(yè)，更加靈活輕便（圖?1b）。

為了便于多源數(shù)據(jù)分析，Crop 3D?軟件模塊集成了基于激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的單株分割和枝葉分離算法，實(shí)現(xiàn)了群體到單株，單株到葉片多個(gè)水平表型結(jié)構(gòu)參數(shù)的自動(dòng)化、高通量提取（如冠層覆蓋度、冠層高度模型、株高、葉傾角等）（圖?2）。此外，軟件模塊還包括點(diǎn)云和影像數(shù)據(jù)融合、植被指數(shù)提取以及溫度分析等功能，為植物表型和生理生態(tài)等研究提供了充分、全面的支持。