[發明專利]基于深度提取模型的多株立木胸徑被動測量方法

有效

• 申請號: 201810913273.3
• 申請日: 2018-08-12
• 公開（公告）號: CN109269430B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發明（設計）人: 徐愛俊;武新梅;周素茵
• 申請（專利權）人: 浙江農林大學
• 主分類號: G01B11/08
• 分類號: G01B11/08;G06T7/80
• 代理公司: 杭州創造力專利代理事務所(普通合伙) 33332
• 代理人: 冉國政

本發明公開了一種基于深度提取模型的多株立木胸徑被動測量方法，步驟一：對手機相機進行標定，獲取相機內部參數和圖像分辨率；步驟二：建立深度提取模型：步驟三：采集并處理待測立木圖像，計算攝影測量坐標系下立木深度值；步驟四：測量單幅圖像中多株立木胸徑值：本發明的基于單目視覺和深度提取模型的多株立木胸徑被動測量方法，能夠適用于視場角、焦距、圖像分辨率等參數不同的相機，提高測距精度和測量效率，為森林資源調查和林業資源管理提供支持。

技術領域

本發明涉及地面近景攝影測量領域，尤其是一種單目視覺系統下基于單幅圖像信息的多株立木胸徑被動測量方法。

背景技術

胸高直徑，亦稱胸徑(厘米)，是指樹干距離地面根莖1.3米處樹的直徑^[1]。立木胸徑是森林資源調查管理中一個重要的測量因子^[2-3]。傳統的胸徑測量方法測量值通常被視為胸徑標準值^[4-5]，但方法耗時、耗力且效率低。隨著傳感技術、機器視覺及激光測距技術等的發展，非接觸式測繪方法應運而生。非接觸式胸徑測量方法主要分為主動測量和被動測量兩類^[6]。使用激光測距是主動測量的主流方法之一^[7-9]，利用激光雷達測距準確率高且數據處理速度快，但激光雷達測距具有系統硬件集成成本高，移動端設備集成難度大等缺點^[10-11]。超聲波技術依據聲波傳播技術及時間差計算立木距離并提取胸徑，但超聲波技術數據采集實時性差^[12-13]。機器視覺技術作為被動測量的主要途徑，通過圖像像素信息及相機成像原理進行距離估算并獲取目標物尺寸，具有圖像信息豐富、成本低等優點^[14-16]。機器視覺測量主要包括單目視覺和雙目視覺測量兩類^[17-19]。早期的圖像信息提取方法主要是雙目立體視覺原理和相機運動信息，需要多幅圖像完成圖像深度信息的提取^[20-22]。與雙目視覺測量相比，單目測量圖像采集不需要嚴格的硬件條件且設備集成便捷，因此近年來對單目視覺信息提取方法的研究逐漸深入^[23]。

采用單目視覺系統測量圖像中多株立木胸徑需要先確定其深度距離信息。可以通過相機標定獲取相機內外參數，結合投影模型求解出圖像坐標系與世界坐標系之間的轉換關系，從而計算目標物深度^[24-26]。此方法需要多次采集不同方位的標靶圖像，并記錄每個點在世界坐標系和圖像坐標系中的對應坐標，標定對于測量精度影響較大。另外，由于移動端設備中集成了許多傳感器，攜帶方便，因此許多學者基于移動端平臺和單目視覺技術開發了一些立木因子測量平臺，周克瑜等^[27]在測量胸徑時基于三角函數原理，根據已知尺寸標定物進行對比計算，在一定程度上實現了胸徑因子的快速測量，但是操作復雜，精度不高。黃曉東等^[16]利用數碼相機獲取待測樣地上下方向的任意兩張圖片，并測量圖像中任意一段物體長度用于推算攝影基線，計算真實空間比例關系，從而測量圖像上樣木胸徑。該方法實現了圖像中多株立木胸徑的自動測量，但需要拍攝多張圖片，且需預先測量圖像中任意物體長度，該長度的精度對其它樣木胸徑測量值影響較大。

申請號為201710849961.3的發明申請，公開了一種改進的適用于智能移動端相機的相機標定模型及畸變矯正模型(以下簡稱：改進的帶有非線性畸變項的標定模型)，該方法可以幫助矯正標定板圖片，獲取更高精度的相機內、外參數，不足的是，該方法沒有擴展到對待測圖像的非線性畸變校正及目標物的測量中。

參考文獻：

[1]Library W P.Diameter at Breast Height[J].2016.

[2]史潔青，馮仲科，劉金成.基于無人機遙感影像的高精度森林資源調查系統設計與實驗[J].農業工程學報，2017，33(11)：82-90.