一种用于增强现实设备测量立木冠幅的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及森林清查技术领域，具体涉及一种用于增强现实设备测量立木冠幅的方法及装置。该方法需利用增强现实设备及装置首先在增强现实场景中点击地径处一点，确定立木所在位置；再移动到能够观测到冠幅最宽处的位置，点击该高度的一点，确定冠幅中心点；最后点击冠幅边缘处至少一点，估计该点坐标，并对冠径进行估计。解决了现有技术很难精确估计冠幅的技术问题。术问题。术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种用于增强现实设备测量立木冠幅的方法及装置


[0001]本专利技术涉及森林清查
，具体而言，涉及一种用于增强现实设备测量立木冠幅的方法及装置。

技术介绍

[0002]冠幅是森林碳汇、生物量等估算的重要依据，也是机载遥感、星载遥感进行森林数据反演的重要直接测量参数及反演依据，故在样地调查中经常需要对该参数进行精确测量，以实现碳汇等估计或构建森林反演模型。传统方法中，对冠幅进行测量的方法是利用皮尺、测距仪等设备对东西、南北冠径测量并取均值作为立木冠径，由于无法直接接触冠幅且往往林下条件比较复杂，很难精确获取冠径；其他如多边形方法、Spoke method等虽然能更精确的估计冠幅，但测量难度更大、可操作性差。近年来，激光雷达技术在样地调查中得到广泛应用，也可作为冠幅测量的工具，但当森林密度较大时后处理中很难进行分割，且由于采用后处理的方法，一旦数据解析失败只能回到样地重新进行测量。显然，研究一种在现场完成精确测量、并由人工判断可靠性的测量方法是有必要的。
[0003]传统方法中，对冠幅进行测量的方法是利用皮尺、测距仪等设备对东西、南北冠径测量并取均值作为立木冠径，由于无法直接接触冠幅且往往林下条件比较复杂，很难精确获取冠径；其他如多边形方法、Spoke method等虽然能更精确的估计冠幅，但测量难度更大、可操作性差。近年来，激光雷达技术在样地调查中得到广泛应用，也可作为冠幅测量的工具，但当森林密度较大时后处理中很难进行分割，且由于采用后处理的方法，一旦数据解析失败只能回到样地重新进行测量。
[0004]增强现实是一种以SLAM（Simultaneous Localization and Mapping）技术为实时定位及建图基础，将虚拟场景置于真实场景的一种技术。SLAM是一种仅依靠于观测传感器及运动传感器完成相对定位及建图的技术，具有不依赖于全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System，简称GNSS）信号的特点。在森林调查中，使用SLAM技术定位及建图可估计森林中的测树因子，通过增强现实场景将测量结果融合与真实场景中，不仅做到了“所见即所得”，还可实现对估计结果质量的“监督”，有效地避免了可能出现的粗差。目前，增强现实功能已在智能手机等便携设备上实现，相比于传统森林调查手段具有便携、精确、效率高等优势，相比于其他遥感手段具有可靠等优势，故在森林调查（特别是森林样地调查）中起着重要作用。现有技术中：（1）论文“基于三维激光点云数据的树冠体积估算研究”：对三维激光点云数据进行匹配、拼接、去噪及压缩等处理,提取冠体点云数据；其次，提取每一棵样木树冠的边缘特征点;最后,应用不规则三角网TIN的原理算法计算冠体体积。显然，该方案为后处理方案，未利用增强现实实现监督。
[0005]（2）博士毕业论文“便携式RGB
‑
D SLAM测树系统关键技术研究”：该方案中以智能手机作为增强现实设备，完成了立木位置、树高及胸径估计，但未进行冠幅估计。
[0006]综上，现有技术的缺陷在于：
增强现实可将测量结果与真实场景融合，不仅做到了“所见即所得”，还可实现对估计结果质量的“监督”，有效地避免了可能出现的粗差。相比于传统森林调查手段具有便携、精确、效率高等优势，相比于其他遥感手段具有可靠等优势，是一种具有潜力的森林调查解决方案。
[0007]最传统方案使用皮尺等直接丈量东西冠幅及南北冠幅，取其平均值作为冠径值，该方案在地形较为复杂的区域很难实施。
[0008]论文“基于三维激光点云数据的树冠体积估算研究”：对三维激光点云数据进行匹配、拼接、去噪及压缩等处理，提取冠体点云数据；然后，提取每一棵样木树冠的边缘特征点；最后，应用不规则三角网TIN的原理算法计算冠体体积。该方案为后处理方案，无法在现场完成并确保每组测量结果的可靠性。
[0009]博士毕业论文“便携式RGB
‑
D SLAM测树系统关键技术研究”：该方案中以智能手机作为增强现实设备，完成了立木位置、树高及胸径估计，但未进行冠幅估计。

技术实现思路

[0010]本专利技术实施例提供了一种用于增强现实设备测量立木冠幅的方法及装置，以至少解决现有技术很难精确估计冠幅的技术问题。
[0011]根据本专利技术的一实施例，提供了一种用于增强现实设备测量立木冠幅的方法，包括以下步骤：S101:启动SLAM系统进行实时定位及建图；S102:在增强现实场景中点击地径处一点，确定立木所在位置；S103:移动到能够观测到冠幅最宽处的位置，点击该高度的一点，确定冠幅中心点；S104:点击冠幅边缘处至少一点，估计该点坐标，并对冠径进行估计。
[0012]进一步地，方法还包括：S105:构建增强现实场景，为用户提供监督测量结果场景。
[0013]进一步地，步骤S101包括：在利用IMU和面阵相机为传感器的SLAM系统中，以IMU积分数据构建运动方程、以面阵影像提取的特征点构建观测方程，对当前位姿及特征点的三维位置进行估计。
[0014]进一步地，步骤S102包括：在增强现实场景中点击地径处一点，利用多张影像的位姿及影像纹理利用Patch Match Stereo方法进行稠密重建，获取当前影像的深度图。
[0015]进一步地，步骤S103包括：在确定地径处一点后移动到能够观测到最宽冠幅的位置，并在增强现实场景中点击该高度的一点；然后，基于点击冠高时的位姿、被点击的面阵影像像素坐标及地径点，根据测量树高的方法完成冠幅中心点估计。
[0016]进一步地，利用增强现实SLAM系统数据对冠幅中心点位置进行估计，并在以冠幅边缘点均位冠幅中心点所在水平面内假设下，结合增强现实系统完成冠幅边缘点数据采集及边缘点坐标估计。
[0017]进一步地，冠幅边缘点与冠幅中心点连线形成多个冠幅半径，多个冠幅半径组成多个类扇形，类扇形面积总和为冠幅面积，将冠幅假设为圆利用该面积计算冠径，其中在求类扇形面积时假设类扇形的半径随角度线性变化，并基于此假设积分获取扇形面积。
[0018]进一步地，步骤S105包括：在完成立木位置及胸径估计后，基于当前位姿可计算必要的视图矩阵及投影矩阵，将立木位置及胸径表达于增强现实场景中用于监督测量结果精度。
[0019]根据本专利技术的另一实施例，提供了一种用于增强现实设备测量立木冠幅的装置，包括：系统启动单元，用于启动SLAM系统进行实时定位及建图；立木位置确定单元，用于在SLAM系统中点击地径处一点，确定立木所在位置；冠幅中心点确定单元，用于移动到能够观测到冠幅最宽处的位置，点击该高度的一点，确定冠幅中心点；冠径估计单元，用于点击冠幅边缘处至少一点，估计该点坐标，并对冠径进行估计。
[0020]进一步地，该装置还包括：现实场景构建单元，用于构建增强现实场景，为用户提供监督测量结果场景。
[0021]一种存储介质，存储介质存储有能够实现上述任意一项用于增强现实设备测量立木冠幅的方法的程序文件。
[0022本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于增强现实设备测量立木冠幅的方法，其特征在于，包括以下步骤：S101:启动SLAM系统进行实时定位及建图；S102:在增强现实场景中点击地径处一点，确定立木所在位置；S103:移动到能够观测到冠幅最宽处的位置，点击该高度的一点，确定冠幅中心点；S104:点击冠幅边缘处至少一点，估计该点坐标，并对冠径进行估计。2.根据权利要求1所述的用于增强现实设备测量立木冠幅的方法，其特征在于，所述方法还包括：S105:构建增强现实场景，为用户提供监督测量结果场景。3.根据权利要求1所述的用于增强现实设备测量立木冠幅的方法，其特征在于，步骤S101包括：在利用IMU和面阵相机为传感器的SLAM系统中，以IMU积分数据构建运动方程、以面阵影像提取的特征点构建观测方程，对当前位姿及特征点的三维位置进行估计。4.根据权利要求1所述的用于增强现实设备测量立木冠幅的方法，其特征在于，步骤S102包括：在增强现实场景中点击地径处一点，利用多张影像的位姿及影像纹理利用Patch Match Stereo方法进行稠密重建，获取当前影像的深度图。5.根据权利要求1所述的用于增强现实设备测量立木冠幅的方法，其特征在于，步骤S103包括：在确定地径处一点后移动到能够观测到最宽冠幅的位置，并在增强现实场景中点击该高度的一点；然后，基于点击冠高时的位姿、被点击的面阵影像像素坐标及地径点，根据测量树高的方法完成冠幅中心点估计。6.根据权利要求5所述的用于增强...

【专利技术属性】
技术研发人员：范永祥，徐冲，刘龙晖，王艺鹏，陈志德，
申请(专利权)人：季华实验室，
类型：发明
国别省市：