3D Reconstruction of Non-Rigid Plants and Sensor Data Fusion for Agriculture Phenotyping
- 1. Universidade Presbiteriana Mackenzie
- 2. Universidade Federal de Minas Gerais
Description
Technology has been promoting a great transformation in farming. The introduction of robotics; the use of sensors in the field; and the advances in computer vision; allow new systems to be developed to assist processes, such as phenotyping, of crop's life cycle monitoring. This work presents, which we believe to be the first time, a system capable of generating 3D models of non-rigid corn plants, which can be used as a tool in the phenotyping process. The system is composed by two modules: an terrestrial acquisition module and a processing module. The terrestrial acquisition module is composed by a robot, equipped with an RGB-D camera and three sets of temperature, humidity, and luminosity sensors, that collects data in the field. The processing module conducts the non-rigid 3D plants reconstruction and merges the sensor data into these models. The work presented here also shows a novel technique for background removal in depth images, as well as efficient techniques for processing these images and the sensor data. Experiments have shown that from the models generated and the data collected, plant structural measurements can be performed accurately and the plant's environment can be mapped, allowing the plant's health to be evaluated and providing greater crop efficiency.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
عززت التكنولوجيا تحولًا كبيرًا في الزراعة. إدخال الروبوتات ؛ واستخدام أجهزة الاستشعار في الميدان ؛ والتقدم في رؤية الكمبيوتر ؛ والسماح بتطوير أنظمة جديدة لمساعدة العمليات، مثل التنميط الظاهري، لرصد دورة حياة المحاصيل. يقدم هذا العمل، الذي نعتقد أنه المرة الأولى، نظامًا قادرًا على توليد نماذج ثلاثية الأبعاد لنباتات الذرة غير الصلبة، والتي يمكن استخدامها كأداة في عملية التنميط الظاهري. يتكون النظام من وحدتين: وحدة اكتساب أرضية ووحدة معالجة. تتكون وحدة الاكتساب الأرضية من روبوت مجهز بكاميرا RGB - D وثلاث مجموعات من أجهزة استشعار درجة الحرارة والرطوبة واللمعان، والتي تجمع البيانات في هذا المجال. تجري وحدة المعالجة إعادة بناء المصانع ثلاثية الأبعاد غير الصلبة وتدمج بيانات المستشعر في هذه النماذج. يوضح العمل المقدم هنا أيضًا تقنية جديدة لإزالة الخلفية في صور العمق، بالإضافة إلى تقنيات فعالة لمعالجة هذه الصور وبيانات المستشعر. أظهرت التجارب أنه من النماذج التي تم إنشاؤها والبيانات التي تم جمعها، يمكن إجراء القياسات الهيكلية للنبات بدقة ويمكن رسم خرائط لبيئة النبات، مما يسمح بتقييم صحة النبات وتوفير كفاءة أكبر للمحاصيل.Translated Description (French)
La technologie a favorisé une grande transformation de l'agriculture. L'introduction de la robotique ; l'utilisation de capteurs sur le terrain ; et les progrès de la vision par ordinateur ; permettent de développer de nouveaux systèmes pour aider les processus, tels que le phénotypage, de la surveillance du cycle de vie des cultures. Ce travail présente, que nous pensons être la première fois, un système capable de générer des modèles 3D de plants de maïs non rigides, qui peuvent être utilisés comme outil dans le processus de phénotypage. Le système est composé de deux modules : un module d'acquisition terrestre et un module de traitement. Le module d'acquisition terrestre est composé d'un robot, équipé d'une caméra RGB-D et de trois ensembles de capteurs de température, d'humidité et de luminosité, qui collectent des données sur le terrain. Le module de traitement effectue la reconstruction des plantes 3D non rigides et fusionne les données du capteur dans ces modèles. Le travail présenté ici montre également une nouvelle technique de suppression de l'arrière-plan dans les images de profondeur, ainsi que des techniques efficaces de traitement de ces images et des données du capteur. Les expériences ont montré qu'à partir des modèles générés et des données collectées, les mesures structurelles des plantes peuvent être effectuées avec précision et l'environnement de la plante peut être cartographié, ce qui permet d'évaluer la santé de la plante et d'améliorer l'efficacité des cultures.Translated Description (Spanish)
La tecnología ha estado impulsando una gran transformación en la agricultura. La introducción de la robótica; el uso de sensores en el campo; y los avances en la visión artificial; permiten desarrollar nuevos sistemas para ayudar a los procesos, como el fenotipado, del monitoreo del ciclo de vida de los cultivos. Este trabajo presenta, que creemos que es la primera vez, un sistema capaz de generar modelos 3D de plantas de maíz no rígidas, que pueden utilizarse como herramienta en el proceso de fenotipado. El sistema está compuesto por dos módulos: un módulo de adquisición terrestre y un módulo de procesamiento. El módulo de adquisición terrestre está compuesto por un robot, equipado con una cámara RGB-D y tres conjuntos de sensores de temperatura, humedad y luminosidad, que recopila datos en el campo. El módulo de procesamiento lleva a cabo la reconstrucción de plantas 3D no rígidas y fusiona los datos del sensor en estos modelos. El trabajo presentado aquí también muestra una técnica novedosa para la eliminación de fondo en imágenes de profundidad, así como técnicas eficientes para procesar estas imágenes y los datos del sensor. Los experimentos han demostrado que a partir de los modelos generados y los datos recopilados, las mediciones estructurales de la planta se pueden realizar con precisión y se puede mapear el entorno de la planta, lo que permite evaluar la salud de la planta y proporcionar una mayor eficiencia del cultivo.Files
pdf.pdf
Files
(6.6 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:7820f0cbc3cd7b50cd5dca53274518d6
|
6.6 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- إعادة بناء ثلاثي الأبعاد للنباتات غير الصلبة ودمج بيانات أجهزة الاستشعار للتنميط الظاهري للزراعة
- Translated title (French)
- Reconstruction 3D de plantes non rigides et fusion de données de capteurs pour le phénotypage agricole
- Translated title (Spanish)
- Reconstrucción 3D de plantas no rígidas y fusión de datos de sensores para la fenotipificación agrícola
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W3172046386
- DOI
- 10.3390/s21124115
References
- https://openalex.org/W113244676
- https://openalex.org/W123086243
- https://openalex.org/W1938204631
- https://openalex.org/W1968180959
- https://openalex.org/W1972671602
- https://openalex.org/W1985712102
- https://openalex.org/W1987648924
- https://openalex.org/W1995711721
- https://openalex.org/W1997329699
- https://openalex.org/W2009422376
- https://openalex.org/W2027498536
- https://openalex.org/W2049768161
- https://openalex.org/W2049981393
- https://openalex.org/W2060224812
- https://openalex.org/W2064341623
- https://openalex.org/W2081194966
- https://openalex.org/W2087423500
- https://openalex.org/W2121934905
- https://openalex.org/W2152864241
- https://openalex.org/W2160643963
- https://openalex.org/W2169611956
- https://openalex.org/W2181892680
- https://openalex.org/W2229412420
- https://openalex.org/W2287520832
- https://openalex.org/W2325034626
- https://openalex.org/W2403826537
- https://openalex.org/W2461005315
- https://openalex.org/W2518417964
- https://openalex.org/W2535590849
- https://openalex.org/W2579993107
- https://openalex.org/W2594064569
- https://openalex.org/W2608547296
- https://openalex.org/W2608799977
- https://openalex.org/W2621920574
- https://openalex.org/W2736384647
- https://openalex.org/W2736689758
- https://openalex.org/W2766749439
- https://openalex.org/W2768345177
- https://openalex.org/W2799135238
- https://openalex.org/W2802029282
- https://openalex.org/W2805202215
- https://openalex.org/W2808403302
- https://openalex.org/W2893149982
- https://openalex.org/W2900732439
- https://openalex.org/W2909257811
- https://openalex.org/W2909506719
- https://openalex.org/W2913226607
- https://openalex.org/W2915568693
- https://openalex.org/W2942018315
- https://openalex.org/W2964287254
- https://openalex.org/W2966528149
- https://openalex.org/W3136130522