玉米株型冠层三维数字化与结构解析技术研究

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1、中文图书分类号：Ｓ１２６密级：公开ＵＤＣ：００４学校代码：１０００５ＢＥＩＩＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＪ博士学位论文ＤＯＣＴＯＲＡＬＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ论文题目：玉米株型冠层三维数字化与结构解析技术研究论文作者：温维亮学科：计算机应用技术指导教师：赵春江郭新宇论文提交日期：２０１７年１０月ＵＤＣ：００４学校代码：１０００５中文图书分类号：Ｓ１２６学号：Ｂ２０１１０７００２密级：公开北京工业大学工学博士学位论文

2、题目玉米株型冠层三维数字化与结构解析技术研％英文题目ＲＥＳＥＡＲＣＨＯＮＴＨＲＥＥＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬＤＩＧＩＴＩＺＡＴＩＯＮＡＮＤＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥＡＮＡＬＹＳＩＳＯＦＭＡＩＺＥＰＬＡＮＴＡＮＤＣＡＮＯＰＹ论文作者温维亮学科专业计算机应用技术研究方向计算机图形学申请学位工学博士指导教师赵春江研究员郭新宇研究员所在单位信息学部答辩日期２０１７年１０月授予学位单位北京工业大学ＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｂｍｉｔ

3、ｔｅｄｔｏＢｅｉｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｆｏｒｊｇｙｇｙＤｏｃｔｏｒＤｅｇｒｅｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲＥＳＥＡＲＣＨＯＮＴＨＲＥＥＤＩＭＥＮＳＩＯＮＡＬＤＩＧＩＴＩＺＡＴＩＯＮＡＮＤＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥＡＮＡＬＹＳＩＳＯＦＭＡＩＺＥＰＬＡＮＴＡＮＤＣＡＮＯＰＹＷＥＮＷＥＩＬＩＡＮＧＳｕｐｅｒｖｉｓｅｄｂｙＰｒｏｆｅｓｓｏｒＺＨＡＯＣＨＵＮＪＩＡＮＧａｎｄＰｒｏｆｅｓｓｏｒＧＵＯＸＩＮＹＵＭａｏｒｉｎＣｏｍ

4、ｕｔｅｒＡｌｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｊｐｐｐｇｙＢｅｉｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｊｇｙｇｙＯｃｔｏｂｅｒ２０１７，独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研宄工作及取得的研宄成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研宄成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研宄所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：觯ｔ曰期：

5、年，〇月ｊ曰关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被査阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部。、分内容，可以采用影印缩印或其他复制手段保存论文（保密的论文在解密后应遵守此规定〕签名：曰期：？〇年…月３曰▽导师签名：曰期：年／（？月｜曰＾＾３１摘要摘要作物群体是履行光合作用和物质生产职能的组织体系，其形态结构对光截获一直是人能力、冠层光合效率以及作物产量均具有重要影响，作物群体形态特征类认识、

6、分析和评价作物的最基本方式。然而，作物群体形态结构复杂，空间分布规律性差、各器官表面结构变异性强，群体间存在大量器官的遮挡、交叉与相互作用，其形态结构不是简单单株复制的物理过程。传统农业对于作物群体形态结构的研宄以经验型人工测量实验为主，其难以精确刻画作物群体因品种、种植密度和人工管理措施因素带来的形态结构差异。因此，综合运用计算机图形学、统计学、农学的技术和方法，以数字化、可视化的方式对作物群体形态结构进行快速、准确的解析研宄具有重要的现实意义。玉米是我国最重要的粮食作物之一，增产潜力巨大，

7、；同时玉米植株高大群体形态结构相对简单，易于描述和研宄。针对玉米株型冠层三维数字化和结构解析研宄中存在的问题，借助三维信息获取手段，重点开展玉米表型参数提取、玉米器官三维资源库构建、玉米群体三维建模、玉米器官网格简化和作物冠层冠隙分数计算方法研宄，并应用这些方法对玉米株型和冠层结构进行评价。论文主要工作和创新点如下：１．基于三维数据的玉米表型参数提取。一针对玉米株型参数手工测量标准不致、误差大，基于图像和三维点云提取的株型参数无法满足玉米三维建模精度的问题。利用三维数字化仪获取玉米植株

8、三维骨架结构数据，整合农学中对株型参数的定义，提取玉米主要株型参数，包括株高、叶倾角、方位角、叶长等。通过求解距离植株各叶片方位角角度差之和最小的平面角得到精确的玉米植株方位平面，并提出描述方位角偏离程度的也Ｖ值作为评价植株紧凑性指标。基于三维数字化提取的玉米株型参数可精确反映玉米品种和因栽培处理等因