رفتن به محتوای اصلی
x
مدلسازی سه بعدی به روش ساختار ناشی از حركت برای تشخیص اثر تنش خشكی بر هندسه گیاه گوجه فرنگی
تاریخ دفاع
مقطع تحصیلی
كارشناسی ارشد
گروه آموزشی
مهندسی بیوسیستم
استاد

مهرنوش جعفری

اندازه‌گیری ویژگی‌های رویشی گیاه به کمک تصاویر سه‌بعدی روشی‌ غیرمخرب است که می‌توان به کمک آن وضعیت گیاه در طول فصل رشد را پایش نمود. در بین روش‌های سنجش فاصله نوری غیرفعال، روش ساختار ناشی از حرکت از مرسوم‌ترین‌ها محسوب شده که در این روش، از تصاویر دوبعدی برای بازسازی مدلی سه‌بعدی از جسم موردنظر کمک گرفته می‌شود. هدف از انجام این پژوهش عبارت است از: 1) طراحی و ساخت سامانه ثبت تصاویر سه‌بعدی به روش ساختار ناشی از حرکت، 2) بررسی روش‌های کاهش نویز مدل سه‌بعدی به کمک انتخاب تعداد بهینه تصویر و 3) بررسی اثر تنش خشکی بر هندسه گیاه گوجه‌فرنگی به کمک تصاویر سه‌بعدی و مقایسه آنها با سنجش‌های فیزیکی است. از این رو سامانه‌ای با قابلیت 360 درجه چرخش دوربین متشکل از :‌ موتور گامی، شاسی نگه‌دارنده، مکانیزم انتقال قدرت (شامل تسمه و پولی دندانه‌دار)، صفحه نگه‌دارنده ، پایه نگه‌دارنده دوربین، چرخ حامل، دوربین تصویربرداری، کنترل‌کننده، محفظه تصویربرداری و لامپ‌های روشنایی ساخته شد. بخش کنترل سامانه تصویربرداری خودکار شامل یک برد آردوینو، درایور موتور گامی با قابلیت میکروگام، منبع تغذیه و نمایشگر بود. برای بررسی اثر رژیم آبیاری بر هندسه گیاه گوجه فرنگی، 60 نشاء از رقم CH Falat به سه گروه 20 عددی تقسیم شد و تحت سه رژیم مختلف آبیاری قرار گرفت. تصاویر گیاهان در هر 10 درجه چرخش دوربین و در 3 زاویه متفاوت استقرار دوربین ضبط شد. سه تیمار تنش خشکی شامل شرایط آبیاری تا حد ظرفیت مزرعه (C)، قطع آبیاری تا حصول 80 درصد پژمردگی در گیاه و سپس آبیاری مجدد گیاه (T1) و شرایط قطع آبیاری تا خشکی کامل گیاه (T2) اعمال شد. به‌منظور کاهش حداکثری در بازسازی موارد ناخواسته، از پس زمینه سیاه استفاده شد و برای افزایش تعداد ویژگی‌های قابل شناسایی در تصاویر، دور گلدان با صفحه شطرنجی پوشانده شد و برای انطباق تصاویر ثبت شده در زاویه 180 درجه با سایر تصاویر، از یک مکعب شطرنجی در کنار گیاه نیز استفاده شد. تصاویر ثبت شده در نرم‌افزار Agisoft PhotoScan فراخوانده شد و به صورت خودکار ویژگی‌های مشترک تصاویر استخراج و تصاویر بر هم منطبق شدند، سپس ابر نقطه‌ای و در انتها مدل سه‌بعدی صلب از گیاهان ایجاد شد. پس از مقیاس دهی، سطح و ابعاد هندسی گیاهان در نرم افزار Cloudcompare از طریق تخمین سطح مش‌های مثلثی محاسبه شد. قطر و ارتفاع ساقه با کولیس و مساحت برگچه‌ها با اسکنر و نرم افزار ImageJ بر حسب میلی‌مترمربع اندازه‌گیری شد و به عنوان مقادیر واقعی در نظر گرفته شد. نتایج بررسی عوامل اثرگذار بر کیفیت مدل سه بعدی نشان داد که موقعیت قرارگیری صفحات شطرنجی بر دقت بازسازی مدل سه‌بعدی اثرگذار است و همچنین افزایش زاویه بین تصاویر متوالی بیش از 10 درجه منجر به کاهش کیفیت مدل سه‌بعدی ایجاد شده خواهد شد. همچنین حذف پس‌زمینه باعث 42 درصد کاهش زمان ایجاد مدل سه‌بعدی گردید. بررسی اثر ترکیب تصاویر نیز نشان داد اگر مدل سه‌بعدی تنها با استفاده از سه زاویه 75، 135 و 180 درجه بازسازی شود، کمترین خطا در تخمین سطح برگ رخ خواهد داد. در مقایسه مقادیر تخمین زده شده و مقادیر واقعی ضریب تبیین ارتفاع ساقه، قطر ساقه و سطح برگ به ترتیب برابر با 98/0، 96/0 و 99/0 بدست آمد. نتایج نشان داد برای گیاهان شاهد تا پایان دوره آزمایش، سطح برگ، قطر و ارتفاع ساقه به ترتیب 68/59 %، 75/3 % و 97/17% افزایش می‌یابد. در تیمار T1 تا آبیاری مجدد 86/43% کاهش سطح برگ، 11/12 % کاهش قطر ساقه و 2/3 % کاهش ارتفاع و پس از آبیاری مجدد 4/34 % افزایش سطح برگ، 61/0 % افزایش قطر ساقه و 32/2 % افزایش ارتفاع مشاهده شد. برای تیمار T2 تا روز هفتم و حذف کامل گیاهان، 99/51 % کاهش سطح برگ، 38/17 % کاهش قطر ساقه و 67/18 % کاهش ارتفاع ساقه تخمین زده شد.کلمات کلیدی: ساختار ناشی از حرکت، خطای بازافکنش، گره‌نقطه، میانگین اندازه نقاط کلیدی، میانگین مطلق درصد خطا، ریشه میانگین مربعات خطا.


تحت نظارت وف ایرانی