基于智能手机的多株立木高度测量方法技术

本发明专利技术提供一种基于智能手机的多株立木高度测量方法，立木高度测量时主要是利用智能终端的移动设备的图像采集功能和设备内置重力传感器的角度测量功能，将手机相机拍摄棋盘标定板进行标定和相机参数获取，利用非线性畸变模型对采集立木图片进行非线性畸变校正；利用图像分割处理，通过灰度化和二值化处理，识别标定物特征点；利用标定物特征点在图像中的像素位置，建立设标立木平面坐标系和设标立木高度计算模型，获取设标立木高度；分析图像中立木图像像素、物体成像角度和相机旋转角度，建立立木深度信息提取模型，获取待测立木深度信息；建立多株立木高度测量模型，将待测多株立木垂直最值点代入，进行多株立木高度测量。

【技术实现步骤摘要】
基于智能手机的多株立木高度测量方法
本专利技术涉及的一种测量方法，具体涉及一种基于智能手机的多株立木高度测量方法。
技术介绍
立木高度是评价立地质量与林木生长状况的重要依据。立木高度测量分为人工接触性测量和非接触性测量。目前，树高的测量仪器主要有布鲁莱斯测高器、电子经纬仪、全站仪等，但是这些测量仪器存在操作复杂、不易携带、成本较高等问题。目前国内外学者针对以上问题，基于近景摄影测量原理研究立木高度测量，开发出了一系列软、硬件系统和算法、模型，并且这些系统和算法、模型主要基于双目视觉测量原理，双目视觉测量精度受到相机性能、光照和基线长度的影响，算法程序复杂，设备昂贵，应用限制偏多。随着传感器性能大幅度提升，从单目图像中测量物体尺寸成为可能，王忠亮等基于单目机器视觉研究定位高压输电线路障碍物，但单目测量的方法和模型多数是针对摄像机等专业拍摄仪器和计算机处理平台。目前多株立木高度测量一般基于航空遥感影像进行模型构建，实现林分立木高度测量。近年来随着智能移动设备快速发展，许多学者基于智能移动设备和Android平台开发了测树软件，李亚东等研究基于Android手机传感器的实现林木单株树高测量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于智能手机的多株立木高度测量方法，其特征在于，包括以下步骤；1)、在设标立木上设置矩形标定物，执行步骤2)；2)、图像采集，获得设标立木数字图像，执行步骤3)；3)、拍摄参数获取，得到手机相机拍摄高度h和目标物成像角度α，执行步骤6)和步骤16)；4)、智能手机标定，执行步骤5)；5)、智能手机的相机参数获取，采用张正友标定法，获取手机相机所述的内部参数、外部参数、相机镜头畸变参数、图像分辨率vmax、umax和手机相机焦距f，相机镜头畸变参数中k1、k2为径向畸变参数；P1、P2为切向畸变参数；S1、S2为薄棱镜畸变参数；执行步骤6)；6)、根据相机参数，对步骤2)采集的设标立木数字图...

【技术特征摘要】
1.基于智能手机的多株立木高度测量方法，其特征在于，包括以下步骤；1)、在设标立木上设置矩形标定物，执行步骤2)；2)、图像采集，获得设标立木数字图像，执行步骤3)；3)、拍摄参数获取，得到手机相机拍摄高度h和目标物成像角度α，执行步骤6)和步骤16)；4)、智能手机标定，执行步骤5)；5)、智能手机的相机参数获取，采用张正友标定法，获取手机相机所述的内部参数、外部参数、相机镜头畸变参数、图像分辨率vmax、umax和手机相机焦距f，相机镜头畸变参数中k1、k2为径向畸变参数；P1、P2为切向畸变参数；S1、S2为薄棱镜畸变参数；执行步骤6)；6)、根据相机参数，对步骤2)采集的设标立木数字图像进行非线性畸变校正，得到校正图像Pi’(ui’,vi’)，执行步骤7)和步骤10)；7)、对校正图像进行图像增强和去噪处理，得到增强去噪图像，执行步骤8)；8)、对增强去噪图像进行轮廓提取和边缘检测处理，得到处理后图像，执行步骤9)；9)、对处理后图像进行待测立木最值点识别，得到最高点t1和最低点t2，执行步骤14)、步骤17)和步骤18)；10)、对校正图像进行图像区域分割，得到标定物图像，执行步骤11)；11)、对标定物图像进行二值化处理和增强处理，得到二值图像，执行步骤12)；12)、对二值图像进行标定物特征点获取，得到矩形的4个顶点的像在像素坐标系中的坐标值，执行步骤13)；13)、灭点算法计算，得到设标立木所在平面即参考平面的方程，执行步骤14)；14)、设标立木高度测量模型建立，执行步骤15)；设最高点t1和最低点t2在相机坐标系中的坐标为(xt1,yt1,zt1)和(xd2,yd2,zd2)，在图像平面的坐标为t1’和t2’，在像素坐标系中的坐标为(ut1,vt1)和(ut2,vt2)；计算获取设标立木高度如式(17)所式：15)、将最高点t1和最低点t2代入式(17)计算设标立木高度，执行步骤18)；16)、立木深度信息提取模型建立，执行步骤17)；设目标物成像角度α、纵坐标像素值v，得立木深度信息提取模型为：β为相机内部重力传感器获取的倾斜角，fy为像素单位下相机的焦距，θ为相机垂直视场角的一半，Vmax为图像垂直和水平方向的最大像素值，V0为相机内部参数图像中心点像素值，δ为相机非线性畸变项误差；h为手机相机拍摄高度；17)、设标立木深度信息，执行步骤18)；将步骤9中获取待测立木的最值点中的最低点t2的纵坐标像素值，代入公式11中，得到的D作为立木深度；18)、多株立木高度测量模型建立，执行步骤19)；设立待测立木TreeA和待测立木TreeB，待测立木TreeA距离拍摄手机的前后距离距离较近，待测立木TreeB距离拍摄手机的前后距离距离较远；以设标立木作为待测立木TreeA或待测立木TreeB，另一株待测立木作为余下的待测立木TreeA或待测立木TreeB；设待测立木TreeA水平方向在光轴形成虚拟立木A；同理待测立木TreeB和虚拟立木B，虚拟立木A、虚拟立木B和相机在同一平面；得多株立木高度测量模型：Oa为立木TreeA树木位置根部，OABOb为将立木TreeA轮廓最高点和立木TreeB轮廓最高点代入设标立木模型获取距离，OAB为将图像中立木TreeA轮廓最高点投影到设标立木TreeB参考平面上的点；Ob为立木TreeB树木位置根部，OabOa为将立木TreeA轮廓最高点和立木TreeB轮廓最高点代入设标立木模型获取距离，Oab为将图像中立木TreeB轮廓最高点投影到设标立木TreeA参考平面上的点；DA和DB为立木TreeA和立木TreeB的深度距离，hc为手机距离地面实际物理距离；OBOb为待测立木TreeB高度，OAOa为待测立木TreeA高度；19)、将设标立木高度代入...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐爱俊，高莉平，周素茵，
申请(专利权)人：浙江农林大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33