地面激光掃描儀(TLS)助力利用幾何學揭開蘋果樹結構的三維奧秘
蘋果樹的結構對其生長和結果潛力至關重要，是精確管理的基礎。傳統上，二維成像技術被用來描繪蘋果樹的建筑特征，但受到遮擋和視角模糊的影響，其準確性受到挑戰。
2024年4月，Plant Phenomics 在線發表了美國康奈爾大學JIANG YU等人題為AppleQSM: Geometry-based 3D Characterization of Apple Tree Architecture in Orchards 的論文。該研究旨在利用地面激光掃描儀(TLS)收集的點云數據，設計一種基于三維幾何的蘋果樹結構分割和結構特征表征處理管道，以克服這些限制。
AppleQSM的實驗流程分為4個階段：數據采集和預處理、樹實例分割、樹結構分割和架構特征提取。首先，通過手動選擇感興趣區域（ROI），并利用CloudCompare中的SOR去噪處理原始點云數據。然后，樹實例分割模塊將每棵樹分割為單個點云，樹結構分割模塊進一步處理每棵樹，分離樹干和分支以進行特征提取。利用所建立的管道，對84株代表性蘋果品種進行了樹高、樹干直徑、枝數、枝徑、枝角等建筑性狀的分析。
圖1 AppleQSM工作流程
圖2 主干和分支水平的建筑特征估計結果及定量性能評估。RLR線性回歸的魯棒性。
實驗結果顯示，所建立的管道樹高和樹干直徑的R2分別為0.92和0.83，平均絕對誤差（MAE）分別為6.1 cm和4.71 mm。在枝條水平上，其R2分別為0.77和0.69，枝條直徑和角度的MAE分別為6.8626 mm和7.48°。
這些架構特征的準確測量可以實現對高密度蘋果果園的精密管理，并加強育種計劃中的表型分析工作。此外，對3D處理管道的瓶頸進行了全面分析，以揭示未來的發展方向。
論文鏈接：
https://doi.org/10.34133/plantphenomics.0179
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About Plant Phenomics
《植物表型組學》（Plant Phenomics）是由南京農業大學和美國科學促進會（AAAS）合作創辦的英文學術期刊，于2019年1月正式上線發行。采用開放獲取形式，刊載植物表型組學交叉學科熱點領域具有突破性科研進展的原創性研究論文、綜述、數據集和觀點。具體范圍涵蓋高通量表型分析的最新技術，基于圖像分析和機器學習的表型分析研究，提取表型信息的新算法，作物栽培、植物育種和農業實踐中的表型組學新應用，與植物表型相結合的分子生物學、植物生理學、統計學、作物模型和其他組學研究，表型組學相關的植物生物學等。期刊已被DOAJ、Scopus、PMC、EI和SCIE等數據庫收錄。科睿唯安JCR2022影響因子為6.5，位于農藝學、植物科學、遙感一區。中科院農藝學、植物科學一區，遙感二區，生物大類一區（TOP期刊）。2020年入選中國科技期刊卓越行動計劃高起點新刊項目。
說明：本文由《植物表型組學》編輯部負責組稿。
中文內容僅供參考，一切內容以英文原版為準。
撰稿：許滸（南京農業大學）
編輯：趙倩瑩（南京農業大學）
審核：孔敏、王平
