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苹果树的结构对其生长和结果潜力至关重要，是精确管理的基础。传统上，二维成像技术被用来描绘苹果树的建筑特征，但受到遮挡和视角模糊的影响，其准确性受到挑战。

2024年4月，Plant Phenomics 在线发表了美国康奈尔大学JIANG YU等人题为AppleQSM: Geometry-based 3D Characterization of Apple Tree Architecture in Orchards 的论文。该研究旨在利用地面激光扫描仪(TLS)收集的点云数据，设计一种基于三维几何的苹果树结构分割和结构特征表征处理管道，以克服这些限制。

AppleQSM的实验流程分为4个阶段：数据采集和预处理、树实例分割、树结构分割和架构特征提取。首先，通过手动选择感兴趣区域（ROI），并利用CloudCompare中的SOR去噪处理原始点云数据。然后，树实例分割模块将每棵树分割为单个点云，树结构分割模块进一步处理每棵树，分离树干和分支以进行特征提取。利用所建立的管道，对84株代表性苹果品种进行了树高、树干直径、枝数、枝径、枝角等建筑性状的分析。

图1 AppleQSM工作流程

图2 主干和分支水平的建筑特征估计结果及定量性能评估。RLR线性回归的鲁棒性。

实验结果显示，所建立的管道树高和树干直径的R2分别为0.92和0.83，平均绝对误差（MAE）分别为6.1 cm和4.71 mm。在枝条水平上，其R2分别为0.77和0.69，枝条直径和角度的MAE分别为6.8626 mm和7.48°。

这些架构特征的准确测量可以实现对高密度苹果果园的精密管理，并加强育种计划中的表型分析工作。此外，对3D处理管道的瓶颈进行了全面分析，以揭示未来的发展方向。

论文链接：

http://doi.org/10.34133/plantphenomics.0179

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