[发明专利]一种作物冠层原位生长表型监测装置及三维重建方法

权利要求书

1.一种作物冠层原位生长表型监测装置，其特征在于，包括：底座、可伸缩支架、冠层顶部数据获取和采集模块、冠层内部图像获取模块、冠层底部鱼眼镜头；其中，所述可伸缩支架的底端与所述底座固定连接，所述冠层顶部数据获取和采集模块设置在所述可伸缩支架的顶端，所述冠层内部图像获取模块设置在所述可伸缩支架的中部；

所述冠层顶部数据获取和采集模块包括模块箱体、多个图像传感器、多光谱传感器、激光雷达、光合有效辐射传感器、数据采集器以及冠层内部图像获取模块控制器；所述模块箱体与所述可伸缩支架的顶端固定连接；所述多个冠层顶部图像传感器均匀设置在所述模块箱体的下部，用于获取作物冠层顶部的多幅第一图像；所述多光谱传感器设置在所述模块箱体内部，用于获取待监测作物冠层顶部的多光谱图像；所述激光雷达设置在所述模块箱体的内部，用于获取所述待监测作物冠层顶部的三维点云数据；所述光合有效辐射传感器水平设置在所述模块箱体的顶部，用于获取所述待监测作物冠层顶部的光合有效辐射数据；

所述冠层内部图像获取模块包括滑动与旋转控制子模块和水平摄像头，所述水平摄像头通过所述滑动与旋转控制子模块与所述可伸缩支架的中部连接，用于获取所述待监测作物冠层内部不同高度和不同角度的多幅第二图像；所述冠层内部图像获取模块控制器与所述冠层内部图像获取模块连接；

所述数据采集器分别与所述多个图像传感器、所述多光谱传感器、所述激光雷达、所述光合有效辐射传感器、所述水平摄像头以及所述冠层底部鱼眼镜头连接。

2.根据权利要求1所述的作物冠层原位生长表型监测装置，其特征在于，所述底座为圆盘形，所述底座上异于所述可伸缩支架的一侧设置有探针。

3.根据权利要求1所述的作物冠层原位生长表型监测装置，其特征在于，所述冠层内部图像获取模块还包括防雨罩，所述防雨罩固定于所述滑动与旋转控制子模块上且位于所述水平摄像头的正上方。

4.根据权利要求3所述的作物冠层原位生长表型监测装置，其特征在于，还包括无线模块，所述无线模块设置在所述模块箱体顶部，用于与远程控制端之间建立无线通信通道。

5.根据权利要求1所述的作物冠层原位生长表型监测装置，其特征在于，还包括根系监测模块，所述根系监测模块包括微根管和根系扫描传感器，所述根系扫描传感器设置在所述微根管中，所述微根管固定设置在所述底座上异于所述可伸缩支架的一侧，用于获取所述待监测作物的根系图像。

6.根据权利要求1所述的作物冠层原位生长表型监测装置，其特征在于，还包括土壤墒情监测模块，所述土壤墒情监测模块包括多个土壤温湿度传感器，用于获取待监测作物根系附近不同深度土壤的温湿度。

7.一种利用权利要求1-6任一项所述作物冠层原位生长表型监测装置进行作物冠层三维重建的方法，其特征在于，包括：

利用所述冠层顶部数据获取和采集模块采集所述待监测作物冠层顶部带有时间标识的多幅第一图像、三维点云数据、多光谱图像、光合有效辐射数据、土壤墒情数据以及根系图像；利用所述冠层内部图像获取模块获取所述待监测作物冠层内部带有时间标识、高度标识和角度标识的不同高度和不同角度的多幅第二图像；利用所述冠层底部鱼眼镜头获取所述待监测作物冠层底部半球图像；

根据所述多幅第一图像获取所述待监测作物的冠层覆盖度；根据所述多幅第二图像获取所述待监测作物的节单位尺度表型参数；根据所述半球图像获取所述待监测作物的冠隙分数；其中，所述节单位尺度表型参数至少包括植株株高、叶片数、叶倾角、方位角、叶片生长高度信息；

根据所述节单位尺度表型参数对所述待监测作物的冠层进行三维重建，得到第一三维重建模型，再利用所述冠层覆盖度、所述冠隙分数及所述三维点云数据多所述第一三维重建模型进行校准，得到第二三维重建模型。