玉米植株三维点云茎叶分割与表型解析

来源：农业机械学报杂志2026年第1期北京时间：

作者：梁亚杰，韩冬，张志斌，赵梦迪，杨斯

单位：内蒙古大学,内蒙古大学,内蒙古大学,内蒙古大学,北京市农林科学院,

摘要：植物表型分析在精细农业、作物育种及生产管理中具有重要意义，其中玉米表型研究对于提升产量与品质、推动农业现代化发展具有重要作用。三维点云技术因其高精度与丰富的结构信息，逐渐成为植物表型研究的重要手段。相比传统二维图像方法，三维点云能够更准确地描述作物器官的空间形态，为植株生长监测与表型特征提取提供了新的技术支撑。然而，现有点云分割方法在处理玉米茎叶时仍存在挑战，尤其是在顶部新叶识别、相互重叠叶片分割以及茎秆与叶领边界划分等方面，影响了表型参数测量的精度。为此，提出了一种基于距离场的玉米点云茎叶分割方法。在茎秆提取环节引入Quickshift++算法与闵可夫斯基距离场，结合带约束因子的中值归一化生长分割策略，实现了茎秆的精确提取；同时改进了基于点云骨架与最优传输距离的分割框架，以提升茎叶边界识别的准确性。利用自建点云数据集和公开数据集进行了实验验证。结果表明，该方法能够有效提升茎叶分割的准确性，并显著提高茎高、茎径、叶长及叶宽等表型特征的提取精度。研究成果可为玉米表型学研究提供技术支撑，并为农业智能化与作物精准管理提供参考。

关键词：玉米表型;三维点云;茎叶分割;距离场;特征提取

基金资助：内蒙古自然科学基金项目（2024SHZR2067）、内蒙古大学高层次人才科研启动金项目(10000-A23206004)、中国博士后科学基金项目（2025MM772488）和北京市农林科学院博士后基金项目