Optimizarea metodei de reconstrucție tridimensională a acoperișului vegetal pentru soia intercalată și predicția timpurie a recoltelor

Intercalarea culturilor este o strategie cheie pentru asigurarea securității alimentare și a rezervoarelor de ulei la nivel național.

Predicția precisă a randamentului culturii de soia intercropate în stadiile timpurii este esențială pentru screening-ul rapid și selectarea raselor de soia cu producții ridicate.

Ca tehnică larg utilizată pentru estimarea randamentului culturilor, acuratețea modelelor de reconstrucție 3D influențează direct fiabilitatea predicțiilor de producție.

Acest studiu se concentrează pe optimizarea procesului de reconstrucție 3D pentru soia intercropată, pentru a extrage eficient parametri structural ai coroanei pe tot parcursul ciclului de dezvoltare, ameliorând astfel precizia predicției randamentului în stadii timpurii.

Pentru realizarea acestui obiectiv, am optimizat protocoalele de achiziție a imaginilor prin testarea a patru unghiuri de captare (15°, 30°, 45° și 60°), patru viteze de rotație ale plantei (0,8 rpm, 1,0 rpm, 1,2 rpm și 1,4 rpm) și patru numărări de imagini (24, 36, 48 și 72 de imagini).

Preprocesarea norului de puncte a fost rafinată prin aplicarea de matrici de transformare secundare, praguri de culoare, filtrare statistică și scalare.

Algoritmi cheie, precum algoritmul de coastă convexă, metoda voxel și algoritmul de formă α în 3D, au fost optimizați folosind MATLAB, permițând extragerea parametrilor multiparametric ai coroanei.

Ulterior, a fost dezvoltat un model de regresie pas cu pas pentru a obține predicții precise ale randamentului în stadiile timpurii ale culturii de soia.

Studiul a identificat setările optime pentru achiziția imaginilor: un unghi de captare de 30°, o viteză de rotație a plantei de 1,2 rpm și colectarea a 36 de imagini în faza vegetativă și 48 de imagini în faza reproductivă.

Cu aceste îmbunătățiri, s-a realizat cu succes construirea unui model 3D de înaltă precizie a coroanei de soia, acoperind întregul ciclu de creștere.

Procesele optimizate au permis extragerea în lot a 23 de parametri structural ai coroanei cu o acuratețe ridicată, valori R2 pentru ajustarea liniară fiind de 0,990 pentru înălțimea plantei și 0,950 pentru lățimea plantei.

În plus, metoda de predicție bazată pe volumul voxel-urilor a obținut o precizie maximă de predicție a randamentului de R2 = 0,788.

Acest studiu propune un cadru integrat de reconstrucție 3D, care acoperă toate etapele, de la achiziția imaginilor, generarea norului de puncte și extragerea parametrilor structurali, oferind astfel o metodă eficientă și precisă pentru predicția timpurie a randamentului culturii de soia intercropate.

Metoda propusă reprezintă o referință tehnică fiabilă și eficientă pentru obținerea informațiilor 3D despre structura soiei în sistemele de cultură pe benzi și contribuie la identificarea precisă a resurselor genetice de soia, având un important valoare atât teoretică, cât și practică..