自主研發作物表型監測系統——Crop3D

室內固定監測平臺

Crop 3D?作為國內首套高通量作物三維表型監測系統，2014?年由中國科學院植物研究所研發，包括室內固定平臺、室外移動監測平臺、無人機監測平臺，以及在建的田間大型固定監測平臺。室內平臺集成了激光雷達、高分辨率相機、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?20?m²面積的作物掃描（圖?1a）。其中，激光雷達獲取的點云數據能夠提供毫米級精度的表型結構信息，在作物葉傾角、葉面積密度、葉面積指數、作物三維體積等三維結構參數提取方面有不可比擬的優勢；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，可應用于作物長勢、作物生理狀態評估；熱成像儀提供了作物冠層溫度的全天候監測，可實時地反映作物在生長脅迫下的生理狀態。為了實現不同溫室環境內的數據采集，研發的小型室內移動搭載平臺將固定式搭載平臺的傳感器模塊進行移植，可跨溫室作業，更加靈活輕便（圖?1b）。

為了便于多源數據分析，Crop 3D?軟件模塊集成了基于激光雷達點云數據的單株分割和枝葉分離算法，實現了群體到單株，單株到葉片多個水平表型結構參數的自動化、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，軟件模塊還包括點云和影像數據融合、植被指數提取以及溫度分析等功能，為植物表型和生理生態等研究提供了充分、全面的支持。