植物表面溫度3D測量技術
2023/08/29 @國際
摘要
由日本農業研究中心NARO開發一種可透過3D圖像將植物表面溫度分佈可視化之技術，可以高精度地以3D方式可視化植物表面的溫度分佈，將溫度分佈3D圖像與可見光3D圖像疊加，可以建立植物複雜形狀、顏色和表面溫度的3D圖像。該技術將有助於建立高精準量化植物對溫度變化之生理反應。未來有望將該技術作為基礎技術應用於農產品環境脅迫和病害的早期檢測技術。
示意圖
近年來，隨著機器人測量技術等科技發展，獲取精確的農作物生長數據已成為可能，發展出3D圖像感測技術成為獲取生長數據的基礎，估算農作物生長狀況的指標之一是植物本身的表面溫度，因可反應出植物蒸散作用、光合作用等影響植物環境適應性，產量、品質等與這些生理功能與溫度變化皆有密切相關，此外，當植物生病時，感染初期會出現溫度變化，因此，利用熱能圖像分析植物的生理狀態，對乾旱、鹽害和疾病等脅迫的反應開始進行研究。
植物表面溫度3D測量
為了準確識別植物表面溫度分佈以及顯示溫度的部分，從同一視角拍攝熱圖像和RGB圖像，並將兩種類型的圖像組合起來重疊。以前利用傳統技術，只能疊加2D圖像，如果隱藏部分出現生理異常，則可能會被忽視。
NARO開發此3D圖像技術，是根據2D熱圖像和2D RGB圖像，通過SFM及MVS方法同時構建每個3D圖像，並開發了一種整合技術，能夠疊加受檢體的表面溫度分佈和形狀等圖像，就能識別出顯示該溫度的區域，並量化各個特定部位的生理反應。
該研究結果關鍵在於開發了新的特徵點標記和參考點標記，這些標記可以被熱像儀和RGB成像相機識別，且證實將熱圖像和從相同視角拍攝的RGB圖像疊加是有效的，由於可以將植物的當前狀態做為數據儲存，因此可以在電腦以3D圖像的形式再現測量時的植物形狀和溫度分佈，可以以後重複檢查。
新開發特徵點標記與參考點標記
先在植物攝影範圍周遭佈置具有熱圖像與RGB圖像之特徵點標記，可同時獲取兩種3D圖像特徵點，再根據特徵點與參考點標記對齊圖像，整合成完整的3D圖像。
研究成果針對不同類型圖像的3D測量和整合技術原理，不僅可以應用於熱圖像和RGB圖像，還可以應用於使用近紅外線和紫外線的攝影。可透過建立早期檢測植物環境脅迫和疾病技術，以及預測生長不良和產量下降風險系統，為提高培植管理和育種技術準確性做出貢獻。【延伸閱讀】- 運用無人機數據，診斷水稻生長及計算施肥量
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