基于激光辅助和图像特征分析的单木直径测量方法技术

为满足日益增长的树木胸径测量自动化需求，本申请创新提出了一种基于激光辅助和图像特征分析的单木直径测量方法专利，适用于林业工程技术或生态学等森林资源调查技术领域。其中，基于激光辅助和图像特征分析的单木直径测量装置向待测树木发射一束平行激光，拍摄带有激光光斑的树木图像或视频；对待测树木的图像进行处理，获取激光光斑的位置和像素尺寸，进一步计算出像素与实际尺寸的映射关系；对待测树木的图像进行处理，提取树干边缘，计算树干两侧边缘的像素距离；依据像素与实际尺寸的映射关系以及树干两侧边缘的像素距离，计算树木直径。本发明专利技术能克服光照影响实现单木直径测量，无需固定与待测树木工作距离，设备装置简单、便于携带。便于携带。便于携带。

【技术实现步骤摘要】
基于激光辅助和图像特征分析的单木直径测量方法


[0001]本专利技术涉及林业工程技术或生态学等森林资源调查
，特别涉及到基于激光辅助和图像特征分析的单木直径测量方法。

技术介绍

[0002]树木直径，指树干截面直径，是衡量林分材积和经济效益，刻画森林生长状态和发展趋势的重要指标。在森林资源调查中，快速、精确和经济的树木直径测量是一项重要任务。传统的直径测量方法主要依靠轮尺、围尺等工具实现，需直接与树木接触，自动化程度低、人工成本高，无法完成科学且高效的森林资源调查任务。除此之外，目前使用图像采集并处理的测量装置无法避免使用额外的辅助工具来测量图像采集点与待测树木的水平距离，存在较大的人为的计量误差，测量的速度相对较慢，耗时长，不适用于苗木数量庞大的测量环境。并且，采集的图片可能受复杂自然场景和光照条件的影响，导致树木直径提取精度和图片处理速率大大降低。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供：能克服光照对图像采集处理装置影响、无需考虑复杂地势和树木弯曲生长情况、无需固定与待测树木的水平工作距离的基于激光辅助和图像特征分析的自动化单木直径测量方法。
[0004]本专利技术的技术方案如下：一种基于图像传感器和准直激光的单木直径测量装置，包括：支撑杆、图像传感器、激光平行光源、水平仪计算设备。其中，支撑杆垂直于地面放置，可进行高度调节和角度调整，并设有安装基座用于固定图像传感器和激光平行光源；激光平行光源用于向待测树木树干发射一束平行激光；图像传感器与激光平行光源共轴放置，用于拍摄带有激光光斑的树木图像，并存储到本地或远程存储媒介中；配置水平仪确保水平仪与树干垂直放置；计算设备内嵌计算机测量程序，负责对采集的待测树木图像进行处理，计算树木直径。
[0005]进一步的，还包括一种激光辅助下的多地势单木直径自动提取方法，包括图像采集模块和直径测量模块。图像采集模块用于采集树干图片，当基于相机和激光平行光源的单木直径测量装置运行时，激光平行光源向待测树木发射与图像传感器同轴的平行激光，使激光光斑能够完整发射到待测树木上。图像传感器拍摄目标树木照片或视频时，需确保水平方向上的树木两侧轮廓完全处于图像传感器视野中，且激光光斑完整地投射在上述树木两侧轮廓范围内。采集的树木照片或视频将存储于本地或远程存储媒介中。直径测量模块依赖于计算设备内嵌计算机测量程序，利用计算机视觉和图像处理技术，对采集的待测树木图像进行分析，计算树木直径。
[0006]作为优选方式，激光平行光源向树干发射的平行光源位于待测树木的树干中间。
[0007]其中，所述图像分析包括：检测树干左右两侧的边缘，提取与激光中心像素点位于同水平方向上的两个像素点，利用两个像素点的像素距离获取树干边缘之间的像素数量，
即待测树木像素直径。利用显著目标检测算法检测树干左右两侧的边缘，提取与激光中心像素点位于同水平方向上的两个像素点，利用两个像素点的像素距离获取树干边缘之间的像素数量，即待测树木像素直径。依据所述的激光光斑在图像中的像素数量以及激光光斑的实际尺寸，得到像素与实际尺寸的映射关系，并根据此映射关系和待测树木的像素直径，计算出树木的实际直径。
[0008]所述支撑杆上设置有安装基座，支撑杆可调节任意高度，保证装置的工作视野可以拍摄到任意高度的树干；两个安装基座用于固定不同尺寸的图像传感器和激光平行光源。图像传感器和激光平行光源分别设有开关，分别用于控制其电源通断。
[0009](三)本专利技术的有益效果为：
[0010]本专利技术提供的基于激光辅助和图像特征分析的单木直径测量方法能够克服户外光照对测量装置的影响，准确测量出树木直径。由于激光是通过激光平行光源所发出的，在可控距离内，发射角度、倾斜程度、与树干的距离都不会对图片中激光光斑的成像产生影响，保持光斑的不变性，可以作为有效的参考点和定位点。图像传感器可以保留图像的纹理和形状特征。因此，本技术专利技术在不固定与待测树木的水平距离的情况下，可快速、准确、有效地测量树木直径，测量精度以及效率大大提高。
附图说明
[0011]图1为本专利技术实例中一种基于图像传感器和激光平行光源的单木直径测量装置结构示意图一。
[0012]图2为本专利技术实例中一种基于图像传感器和激光平行光源的单木直径测量装置结构示意图二。
[0013]图3为本专利技术实例中基于激光辅助和图像特征分析的单木直径测量方法原理图。
[0014]图4为本专利技术实例中基于激光辅助和图像特征分析的单木直径测量方法的流程图。
具体实施方式
[0015]本专利技术未尽事宜为公知技术。下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。但是，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。上述实施例只为说明本专利技术的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的认识能够了解本专利技术的内容并据以实施，并不能以此限制本专利技术的保护范围。凡根据本专利技术精神实质所作的等效变换或修饰，都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。
[0016]本技术设备包括支撑杆、图像传感器、激光平行光源、水平仪以及计算设备，其中，支撑杆垂直于地面放置，可进行高度调节和角度调整，允许倾斜和转动，并设有安装基座用于固定图像传感器和激光平行光源；激光平行光源用于向待测树木树干发射一束平行激光；图像传感器与激光平行光源共轴放置在支撑杆上，用于拍摄带有激光光斑的树木图像，并存储到本地或远程存储媒介中；配置水平仪确保水平仪与树干垂直放置；计算设备内嵌计算机测量程序，负责对采集的待测树木图像进行处理，计算树木直径。
[0017]图1是本专利技术实施例用于测量树木直径的装置结构示意图一，下面结合图1，对本专利技术实施例作详细的描述。
[0018]如图1所示，本实例提供的用于非接触式树木直径测量的装置包括：扣件(1)、图像传感器(2)、计算设备(3)、连接架(4)、激光平行光源(5)、座体(6)、万向球座(7)、水平仪(8)、支撑杆(9)、接驳处(10)。其中所述图像传感器(2)和激光平行光源(5)同轴固定在支撑杆(9)上，支撑杆(9)垂直于地面放置；所述激光平行光源(5)向所述待测树木树干上发射一束平行激光，在待测树木的树干上形成1个激光光斑；所述水平仪(8)安装在图像传感器(2)的卡槽中，用于在图像传感器(2)拍摄待测树木照片或视频时保持成像水平，确保水平仪与树干垂直放置。计算设备(5)使用可搭载计算机程序的电脑、手机和其他终端设备，本专利技术实例不做具体限定。
[0019]具体地，本专利技术实例提供的用于非接触式树木直径测量的装置，其包括支撑杆(9)，支撑杆(9)可调节任意高度，保证装置的工作视野可以拍摄到任意高度的树干；连接架(4)用于共轴固定图像传感器(2)和激光平行光源(5)。其中，图像传感器(2)和激光平行光源(5)面朝同一方向，保证在图像传感器采集树木图像时，激光平行光源在待测树木上射出一个激光光斑后，图像传感器能够采集到带有一个完整激光光斑的树干图片，所述的激光光斑作为特征对象，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光辅助和图像特征分析的单木直径测量方法，其特征在于：基于激光辅助和图像特征分析的单木直径测量装置向待测树木发射一束平行激光，拍摄带有激光光斑的树木图像或视频；对待测树木的图像进行处理，将激光光斑作为特征对象，获取激光光斑的位置和像素大小，进一步计算出像素与实际尺寸的映射关系；对待测树木的图像进行处理，提取树干边缘，计算树干两侧边缘的像素距离；依据像素与实际尺寸的映射关系以及树干两侧边缘的像素距离，计算树木直径。2.按照权利要求1所述拍摄带有激光光斑的树木图像，其特征在于：激光平行光源向待测树木发射与图像传感器同轴的平行激光，使激光光斑能够发射到待测树木上，图像传感器拍摄目标树木照片或视频时，需确保水平方向上的树木两侧轮廓完全处于图像传感器视野中，且激光光斑完整地投射在上述树木两侧轮廓范围内，将拍摄的树木照片或视频存储于本地或远程存储媒介中。3.按照权利要求1所述基于待测树木图像获取激光光斑的位置和像素大小，其特征在于：通过图像处理算法定位待测树木图像中高亮度像素点，即待测树木树干上的激光光斑，计算激光光斑直径上...

【专利技术属性】
技术研发人员：王升，李娆，纪强，许福，刘磊，李欢，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：发明
国别省市：