مدلسازي سه‌بعدي به روش ساختار ناشي از حركت براي تشخيص اثر تنش خشكي بر هندسه گياه گوجه فرنگي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك بيوسيستم

كارشناسي ارشد

اندازه‌گيري ويژگي‌هاي رويشي گياه به كمك تصاوير سه‌بعدي روشي‌ غيرمخرب است كه مي‌توان به كمك آن وضعيت گياه در طول فصل رشد را پايش نمود. در بين روش‌هاي سنجش فاصله نوري غيرفعال، روش ساختار ناشي از حركت از مرسوم‌ترين‌ها محسوب شده كه در اين روش، از تصاوير دوبعدي براي بازسازي مدلي سه‌بعدي از جسم موردنظر كمك گرفته مي‌شود. هدف از انجام اين پژوهش عبارت است از: 1) طراحي و ساخت سامانه ثبت تصاوير سه‌بعدي به روش ساختار ناشي از حركت، 2) بررسي روش‌هاي كاهش نويز مدل سه‌بعدي به كمك انتخاب تعداد بهينه تصوير و 3) بررسي اثر تنش خشكي بر هندسه گياه گوجه‌فرنگي به كمك تصاوير سه‌بعدي و مقايسه آنها با سنجش‌هاي فيزيكي است. از اين رو سامانه‌اي با قابليت 360 درجه چرخش دوربين متشكل از :‌ موتور گامي، شاسي نگه‌دارنده، مكانيزم انتقال قدرت (شامل تسمه و پولي دندانه‌دار)، صفحه نگه‌دارنده ، پايه نگه‌دارنده دوربين، چرخ حامل، دوربين تصويربرداري، كنترل‌كننده، محفظه تصويربرداري و لامپ‌هاي روشنايي ساخته شد. بخش كنترل سامانه تصويربرداري خودكار شامل يك برد آردوينو، درايور موتور گامي با قابليت ميكروگام، منبع تغذيه و نمايشگر بود. براي بررسي اثر رژيم آبياري بر هندسه گياه گوجه فرنگي، 60 نشاء از رقم CH Falat به سه گروه 20 عددي تقسيم شد و تحت سه رژيم مختلف آبياري قرار گرفت. تصاوير گياهان در هر 10 درجه چرخش دوربين و در 3 زاويه متفاوت استقرار دوربين ضبط شد. سه تيمار تنش خشكي شامل شرايط آبياري تا حد ظرفيت مزرعه (C)، قطع آبياري تا حصول 80 درصد پژمردگي در گياه و سپس آبياري مجدد گياه (T1) و شرايط قطع آبياري تا خشكي كامل گياه (T2) اعمال شد. به‌منظور كاهش حداكثري در بازسازي موارد ناخواسته، از پس زمينه سياه استفاده شد و براي افزايش تعداد ويژگي‌هاي قابل شناسايي در تصاوير، دور گلدان با صفحه شطرنجي پوشانده شد و براي انطباق تصاوير ثبت شده در زاويه 180 درجه با ساير تصاوير، از يك مكعب شطرنجي در كنار گياه نيز استفاده شد. تصاوير ثبت شده در نرم‌افزار Agisoft PhotoScan فراخوانده شد و به صورت خودكار ويژگي‌هاي مشترك تصاوير استخراج و تصاوير بر هم منطبق شدند، سپس ابر نقطه‌اي و در انتها مدل سه‌بعدي صلب از گياهان ايجاد شد. پس از مقياس دهي، سطح و ابعاد هندسي گياهان در نرم افزار Cloudcompare از طريق تخمين سطح مش‌هاي مثلثي محاسبه شد. قطر و ارتفاع ساقه با كوليس و مساحت برگچه‌ها با اسكنر و نرم افزار ImageJ بر حسب ميلي‌مترمربع اندازه‌گيري شد و به عنوان مقادير واقعي در نظر گرفته شد. نتايج بررسي عوامل اثرگذار بر كيفيت مدل سه بعدي نشان داد كه موقعيت قرارگيري صفحات شطرنجي بر دقت بازسازي مدل سه‌بعدي اثرگذار است و همچنين افزايش زاويه بين تصاوير متوالي بيش از 10 درجه منجر به كاهش كيفيت مدل سه‌بعدي ايجاد شده خواهد شد. همچنين حذف پس‌زمينه باعث 42 درصد كاهش زمان ايجاد مدل سه‌بعدي گرديد. بررسي اثر تركيب تصاوير نيز نشان داد اگر مدل سه‌بعدي تنها با استفاده از سه زاويه 75، 135 و 180 درجه بازسازي شود، كمترين خطا در تخمين سطح برگ رخ خواهد داد. در مقايسه مقادير تخمين زده شده و مقادير واقعي ضريب تبيين ارتفاع ساقه، قطر ساقه و سطح برگ به ترتيب برابر با 98/0، 96/0 و 99/0 بدست آمد. نتايج نشان داد براي گياهان شاهد تا پايان دوره آزمايش، سطح برگ، قطر و ارتفاع ساقه به ترتيب 68/59 %، 75/3 % و 97/17% افزايش مي‌يابد. در تيمار T1 تا آبياري مجدد 86/43% كاهش سطح برگ، 11/12 % كاهش قطر ساقه و 2/3 % كاهش ارتفاع و پس از آبياري مجدد 4/34 % افزايش سطح برگ، 61/0 % افزايش قطر ساقه و 32/2 % افزايش ارتفاع مشاهده شد. براي تيمار T2 تا روز هفتم و حذف كامل گياهان، 99/51 % كاهش سطح برگ، 38/17 % كاهش قطر ساقه و 67/18 % كاهش ارتفاع ساقه تخمين زده شد.

221155

طراحي و ساخت

مهندسي كشاورزي

دانشگاه صنعتي اصفهان