Smart Agriculture ›› 2024, Vol. 6 ›› Issue (2): 14-27.doi: 10.12133/j.smartag.SA202401015
张建华1,2, 姚琼1,3(), 周国民1,2,6(), 吴雯迪1,4, 修晓杰1,5, 王健1,2
收稿日期:
2024-01-13
出版日期:
2024-03-30
基金资助:
作者简介:
通信作者:
ZHANG Jianhua1,2, YAO Qiong1,3(), ZHOU Guomin1,2,6(), WU Wendi1,4, XIU Xiaojie1,5, WANG Jian1,2
Received:
2024-01-13
Online:
2024-03-30
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摘要:
[目的/意义] 作物农艺性状与形态结构表型智能识别是作物智慧育种的主要内容,是研究“基因型—环境型—表型”相互作用关系的基础,对现代作物育种具有重要意义。[进展] 大规模、高通量作物表型获取设备是作物表型获取、分析、测量、识别等的基础和重要手段。本文介绍了高通量作物表型主流平台和感知成像设备的功能、性能以及应用场景。分析了作物株高获取、作物器官检测与技术等农艺性状智能识别和作物株型识别、作物形态信息测量以及作物三维重建等形态结构智能识别技术的研究进展及挑战。[结论/展望]从研制新型低成本田间智能作物表型获取与分析装备、提升作物表型获取田间环境的标准化与一致性水平、强化田间作物表型智能识别模型的通用性,研究多视角、多模态、多点连续分析与时空特征融合的作物表型识别方法,以及提高模型解释性等方面,展望了作物表型技术主要发展方向。
张建华, 姚琼, 周国民, 吴雯迪, 修晓杰, 王健. 作物农艺性状与形态结构表型智能识别技术综述[J]. 智慧农业(中英文), 2024, 6(2): 14-27.
ZHANG Jianhua, YAO Qiong, ZHOU Guomin, WU Wendi, XIU Xiaojie, WANG Jian. Intelligent Identification of Crop Agronomic Traits and Morphological Structure Phenotypes: A Review[J]. Smart Agriculture, 2024, 6(2): 14-27.
表1
近年作物三维点云作物形态智能感知研究情况
编号 | 作者 | 作物种类 | 测量指标 | 重构方法 | 准确率R2/% |
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1 | Ma 等[ | 大豆 | 株高,叶面积指数 | beer-lambert law | > 94.00 |
2 | Wu等[ | 小麦 | 株高,叶面积,投影面积,枝条体积和致密度 | MVS-Pheno V2 | > 96.00 |
3 | Zhang等[ | 玉米、大豆 | 叶片倾斜角度和方向测量 | 3D calibration approach | 76.00、94.00 |
4 | Ao等[ | 玉米 | 茎位置精度,株高,冠宽和叶面积 | PointCNN | > 85.00 |
5 | Li等[ | 玉米 | 叶长,叶宽,叶倾角,叶长高,株高和茎高 | PointNet | > 82 |
6 | Gong等[ | 水稻 | 茎的直径,茎的长度,穗的长、高、宽,主穗 | Panicle-3D | 93.40 |
7 | 杨琳等[ | 油菜 | 叶片,角果 | 超体素算法 | 93.38 |
表2
近年作物三维重建研究成果
编号 | 作者 | 采集设备 | 作物种类 | 重构方法 | 准确率R 2/% |
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1 | Ma等[ | RGB相机 | 大豆 | 形状特征--相干点漂移(Intrinsic Shape Signatures-Coherent Point Drift, ISS-CPD)算法和迭代最接近点(Iterative Closest Point, ICP)算法 | 96.54 |
2 | Li等[ | 相机 | 玉米 | 欧氏聚类算法、颜色滤波算法和点云体素滤波算法 | >92.60 |
3 | 魏天翔等[ | 相机 | 水稻 | DeepLabv3+ | > 89.00 |
4 | Zhu 等[ | 相机 | 玉米 | 三维辐射模型 | >97.00 |
5 | 史维杰[ | 相机 | 谷子 | 运动恢复结构的稀疏重建、多视角立体几何 | > 94.00 |
6 | Ma等[ | 三维激光扫描仪 | 玉米 | 网格法 | >89.07 |
7 | Sun等[ | 相机 | 大豆 | U-net | 99.53 |
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