用于自动高分辨率植物表型分析的3D扫描系统

薄叶片、细茎秆、自遮挡、非刚性且缓慢变化的结构，使得植物难以进行三维（3D）扫描与重建——这是自动化视觉表型分析中的两个关键步骤。由于扫描分辨率和标定精度的限制，许多现有解决方案（如激光扫描、结构光和多视角立体视觉）难以获取可用的3D模型。为此，我们开发了一个快速、低成本的3D扫描平台，在旋转台上用两台以植物为中心的倾斜数码单反相机对植物进行成像。该系统采用新的相机标定和背景去除方法，以实现高精度的3D重建。我们使用3D视觉外壳重建算法，对2个双子叶植物塑料模型、2株高粱和2株小麦在不同倾斜角度组合下进行评估，以检验系统精度。扫描时间从3分钟（使用2个倾斜角度捕获72张图像）到30分钟（使用10个倾斜角度捕获360张图像）不等。手动测量了塑料模型的叶片长度、宽度、面积和周长，并与扫描系统的测量结果进行比较：两者结果相差在3-4%以内。扫描系统获得的3D重建结果与所有六个植物样本（即使是具有薄叶片和细茎秆的植物）均显示出极好的几何一致性。