本研究提出了一种基于三维重建技术的香菇产量无损估测方法,旨在提高农业信息化与智能化技术水平,解决香菇产量估测的准确性问题。该方法通过识别香菇的感兴趣区域,实现对香菇表型参数的无损提取,进而准确估测香菇产量。
背景技术
蘑菇作为自然界中常见的一种真菌,同时是全世界范围内广泛食用、药用的重要农作物,因其独特的风味、丰富的营养价值及抗肿瘤、降胆固醇等药理作用,受到广泛关注。根据Expert Market Research的报告,2023年全球蘑菇市场规模约为680.3亿美元,预计在2024至2032年间将以7.18%的复合年增长率持续增长。香菇(Lentinula edodes)作为中国特有的食药两用农作物,已成为国内外市场上极具竞争力的农产品之一。中国农业农村部数据显示,2022年中国香菇产量达到1295.48万吨,占全球总产量的98.3%。
香菇的表型参数特征对于优质菌种选择、产品分级及科学研究具有重要意义。然而,现阶段的表型提取技术存在显著局限,严重制约了香菇基因型与表型关系的研究,进而影响品种选育与生产效率。因此,开发一种高通量、准确、非破坏性的表型参数提取方法,成为食用菌研究领域的重要任务。
目前,表型参数获取方法主要包括人工测量、二维图像测量和三维点云提取等方式:
1.人工测量:速度慢、重复性高、主观性强,且在测量过程中容易损坏样本。
2.二维图像测量:仅能获取与二维相关的菌盖直径等参数,无法提取如厚度、方向等空间性状。
3.三维点云提取:基于激光测量、深度相机及多视角三维重建技术。其中,激光测量精度高,但设备昂贵、采集速度慢;深度相机虽可快速获取三维数据,但受限于分辨率,点云质量较低且易受环境影响。相比之下,多视角三维重建技术具有成本低、点云密度高、不易受环境影响的优势,是表型提取的重要研究方向。
基于多视角三维重建的研究已在部分作物中取得进展。然而,这些研究多针对大田作物,对香菇等食用菌的研究较少,同时仍存在以下问题:
1.背景影响:多视角采集过程中,背景区域占用大量计算资源,降低了三维重建的效率。传统分割算法(如阈值分割、分水岭算法)对复杂场景的鲁棒性较差,无法准确提取目标边缘和背景阴影。
2.点云分割自动化不足:现有点云分割方法大多需要人工干预,无法满足高通量分析需求。
3.表型参数提取不全面:部分研究仅提取单一或少数表型参数,无法满足全面性分析需求。
实现思路