[發(fā)明專利]一種基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的非接觸式樹(shù)木胸徑測(cè)量方法及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010435107.4
• 申請(qǐng)日: 2020-05-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111504208A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-08-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 任桐煒;孫旭;王博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京鴻亦沄智能科技有限公司;南京大學(xué)
• 主分類號(hào): G01B11/08
• 分類號(hào): G01B11/08;G06K17/00;G06T7/11;G06T7/13;G06T7/194;G06T7/62;G06T7/80
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責(zé)任公司 32112
• 代理人: 奚銘

1.一種基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的非接觸式樹(shù)木胸徑測(cè)量方法，其特征是通過(guò)智能手機(jī)拍得帶有彩色標(biāo)簽的樹(shù)木軀干照片，將該照片傳至服務(wù)器進(jìn)行圖像處理，處理后獲得待測(cè)樹(shù)木的胸徑，所述彩色標(biāo)簽附有RFID標(biāo)簽，同時(shí)由RFID讀寫(xiě)設(shè)備識(shí)別樹(shù)木RFID標(biāo)簽，并在服務(wù)器中將測(cè)得的樹(shù)木胸徑與該樹(shù)木的RFID標(biāo)簽對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的非接觸式樹(shù)木胸徑測(cè)量方法，其特征是所述方法通過(guò)軟件程序?qū)崿F(xiàn)，所述軟件模塊包括配置在智能手機(jī)中的傾斜度校驗(yàn)?zāi)K、圖片采集模塊、標(biāo)簽讀取模塊，以及配置在服務(wù)器的視覺(jué)測(cè)量模塊和web端系統(tǒng)，所述傾斜度校驗(yàn)?zāi)K通過(guò)智能手機(jī)內(nèi)部的陀螺儀獲取當(dāng)前智能手機(jī)的傾斜度，當(dāng)所述傾斜度在允許區(qū)間內(nèi)，且智能手機(jī)的攝像頭準(zhǔn)心對(duì)準(zhǔn)樹(shù)木軀干上的彩色標(biāo)簽時(shí)，觸發(fā)圖片采集模塊采集待測(cè)量樹(shù)木照片，所述標(biāo)簽讀取模塊通過(guò)串口向RFID讀寫(xiě)設(shè)備發(fā)送指令，讀取待測(cè)樹(shù)木RFID標(biāo)簽，并接收返回?cái)?shù)據(jù)，智能手機(jī)將待測(cè)量樹(shù)木照片和RFID標(biāo)簽數(shù)據(jù)傳至服務(wù)器，由所述視覺(jué)測(cè)量模塊利用視覺(jué)測(cè)量算法處理照片以獲得樹(shù)木胸徑；所述web端系統(tǒng)用于提供人機(jī)交互界面，提供對(duì)樹(shù)木生長(zhǎng)情況和員工測(cè)量情況信息查詢端口，顯示各個(gè)樹(shù)木的歷史生長(zhǎng)信息、每個(gè)智能手機(jī)所對(duì)應(yīng)的員工完成的測(cè)量工作量、以及樹(shù)木生長(zhǎng)區(qū)域的土壤肥沃度情況，用于進(jìn)行可量化的管理。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的非接觸式樹(shù)木胸徑測(cè)量方法，其特征是所述視覺(jué)測(cè)量模塊實(shí)現(xiàn)相機(jī)標(biāo)定、樹(shù)干分割和胸徑計(jì)算；相機(jī)標(biāo)定為檢測(cè)采集到的圖像中的彩色標(biāo)簽，計(jì)算彩色標(biāo)簽在圖像中的尺寸，根據(jù)該尺寸和已知的相機(jī)焦距，計(jì)算拍攝時(shí)彩色標(biāo)簽中心與鏡頭之間的距離；樹(shù)干分割是通過(guò)圖像分割算法檢測(cè)圖像中的樹(shù)干區(qū)域；胸徑計(jì)算是由相機(jī)標(biāo)定獲得的拍攝時(shí)鏡頭與彩色標(biāo)簽中心的距離計(jì)算樹(shù)干的實(shí)際胸徑。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的非接觸式樹(shù)木胸徑測(cè)量方法，其特征是所述相機(jī)標(biāo)定具體為：根據(jù)顏色獲得圖像中彩色標(biāo)簽所在區(qū)域，對(duì)該區(qū)域應(yīng)用LSD直線檢測(cè)算法獲得該區(qū)域的兩條長(zhǎng)邊和一條短邊，計(jì)算彩色標(biāo)簽在平行于長(zhǎng)邊方向上的最大長(zhǎng)度，即長(zhǎng)軸長(zhǎng)度，計(jì)算彩色標(biāo)簽在平行于短邊方向上的最大長(zhǎng)度，即短軸長(zhǎng)度，根據(jù)長(zhǎng)軸長(zhǎng)度、短軸長(zhǎng)度和已知的相機(jī)焦距獲得拍攝時(shí)相機(jī)鏡頭與彩色標(biāo)簽中心的距離。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的非接觸式樹(shù)木胸徑測(cè)量方法，其特征是所述樹(shù)干分割具體為：用相機(jī)標(biāo)定檢測(cè)到的彩色標(biāo)簽區(qū)域上方和下方的樹(shù)干區(qū)域覆蓋該彩色標(biāo)簽區(qū)域，將圍繞原彩色標(biāo)簽所在位置的圖像區(qū)域進(jìn)行裁剪，并將覆蓋且裁剪后的圖像中原彩色標(biāo)簽位置的區(qū)域指定為前景區(qū)域，將覆蓋且裁剪后的圖像的左上角、左下角、右上角、右下角的區(qū)域指定為背景區(qū)域，將覆蓋且裁剪后的圖像、指定的前景區(qū)域位置、背景區(qū)域位置輸入基于深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的交互式圖像分割算法，獲得樹(shù)干在覆蓋且裁剪后的圖像中的區(qū)域，即樹(shù)干區(qū)域。

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的非接觸式樹(shù)木胸徑測(cè)量方法，其特征是所述胸徑計(jì)算具體為：對(duì)樹(shù)干區(qū)域提取樹(shù)干的左右邊緣，將包含樹(shù)干左右邊緣的圖像沿豎直方向分割為若干高度相同的矩形小區(qū)域，每一個(gè)小區(qū)域包含樹(shù)干的部分左右邊緣，利用線性回歸將每一個(gè)小區(qū)域中的樹(shù)干的部分左右邊緣分別擬合為兩條直線，計(jì)算原始樹(shù)干邊緣與擬合直線之間的均方誤差，計(jì)算兩條擬合直線之間的夾角；若均方誤差大于指定閾值或夾角大于指定閾值，則丟棄該小區(qū)域，否則，將兩條直線近似為平行線并計(jì)算兩條直線之間的距離；再對(duì)各個(gè)小區(qū)域計(jì)算得到的距離求平均值作為樹(shù)干在圖像中的胸徑；最后根據(jù)樹(shù)干在圖像中的胸徑和相機(jī)標(biāo)定模塊中獲得的拍攝時(shí)鏡頭與彩色標(biāo)簽中心的距離，利用幾何關(guān)系即可算出實(shí)際的樹(shù)干胸徑。

7.一種基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的非接觸式樹(shù)木胸徑測(cè)量系統(tǒng)，其特征是包括彩色標(biāo)簽、智能手機(jī)、RFID讀寫(xiě)設(shè)備、手持設(shè)備和服務(wù)器，手持設(shè)備用于裝載智能手機(jī)和RFID讀寫(xiě)設(shè)備，彩色標(biāo)簽設(shè)置在待測(cè)樹(shù)木上，所有樹(shù)木的彩色標(biāo)簽具有相同的尺寸，每個(gè)彩色標(biāo)簽附有RFID標(biāo)簽，用于記錄唯一的樹(shù)木編號(hào)，智能手機(jī)與服務(wù)器通信連接，所述智能手機(jī)及服務(wù)器中配置有軟件程序，所述軟件程序被執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的測(cè)量方法。