[發明專利]一種基于計算機視覺的非接觸式樹木胸徑測量方法及系統

在審

• 申請號: 202010435107.4
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111504208A
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 任桐煒;孫旭;王博
• 申請（專利權）人: 南京鴻亦沄智能科技有限公司;南京大學
• 主分類號: G01B11/08
• 分類號: 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任公司 32112
• 代理人: 奚銘

一種基于計算機視覺的非接觸式樹木胸徑測量方法及系統，硬件設備包括：RFID標簽、智能手機、RFID讀寫設備、手持設備；通過智能手機拍得帶有彩色標簽的樹木軀干照片，將該照片傳至服務器進行圖像處理，處理后獲得待測樹木的胸徑，所述彩色標簽附有RFID標簽，同時由RFID讀寫設備識別樹木RFID標簽，并在服務器中將測得的樹木胸徑與該樹木的RFID標簽對應存儲。本發明實施例中設備裝置簡單、便于攜帶，整個系統可提升樹木測量與管理的效率。

技術領域

本發明屬于林業測量技術領域，具體為一種基于計算機視覺的非接觸式樹木胸徑測量方法及系統。

背景技術

胸徑是衡量苗木價格的很重要的一個依據，在苗圃的樹木胸徑盤點中，樹木胸徑的測量工作極其重要。

現有測量技術可以分為兩大類：接觸式測量和非接觸式測量。接觸式測量主要通過胸徑尺，圍繞樹干一周，測量者必須接近樹干，測量效率很低，對于動輒數十萬的苗木數量，苗木胸徑的測量難以完成。非接觸式測量裝置中，使用三角原理和激光測距等原理的測量系統需要相對穩定的平臺才能測量；另外，使用圖像采集并處理的測量裝置無法避免使用測距尺測量圖像采集點與待測量樹木的距離，測量速度也相對很慢，不能適用于苗木數量龐大的測量環境。

發明內容

本發明針對現有技術的缺陷，提供了一種用于非接觸式樹木胸徑測量的方法與系統，在不需要固定平臺、激光測距儀與測距尺的情況下就可對樹木胸徑進行準確測量，并應對大規模測量實現數據自動整理。

本發明的技術方案為：一種基于計算機視覺的非接觸式樹木胸徑測量方法，其通過智能手機拍得帶有彩色標簽的樹木軀干照片，將該照片傳至服務器進行圖像處理，處理后獲得待測樹木的胸徑，所述彩色標簽附有RFID標簽，同時由RFID讀寫設備識別樹木RFID標簽，并在服務器中將測得的樹木胸徑與該樹木的RFID標簽對應存儲。

作為優選方式，所述測量方法通過軟件程序實現，所述軟件模塊包括配置在智能手機中的傾斜度校驗模塊、圖片采集模塊、標簽讀取模塊，以及配置在服務器的視覺測量模塊和web端系統，所述傾斜度校驗模塊通過智能手機內部的陀螺儀獲取當前智能手機的傾斜度，當所述傾斜度在允許區間內，且智能手機的攝像頭準心對準樹木軀干上的彩色標簽時，觸發圖片采集模塊采集待測量樹木照片，所述標簽讀取模塊通過串口向RFID讀寫設備發送指令，讀取待測樹木RFID標簽，并接收返回數據，智能手機將待測量樹木照片和RFID標簽數據傳至服務器，由所述視覺測量模塊利用視覺測量算法處理照片以獲得樹木胸徑；所述web端系統用于提供人機交互界面，提供對樹木生長情況和員工測量情況信息查詢端口，顯示各個樹木的歷史生長信息、每個智能手機所對應的員工完成的測量工作量、以及樹木生長區域的土壤肥沃度情況，用于進行可量化的管理。

進一步的，所述視覺測量模塊實現相機標定、樹干分割和胸徑計算；相機標定為檢測采集到的圖像中的彩色標簽，計算彩色標簽在圖像中的尺寸，根據該尺寸和已知的相機焦距，計算拍攝時彩色標簽中心與鏡頭之間的距離；樹干分割是通過圖像分割算法檢測圖像中的樹干區域；胸徑計算是由相機標定獲得的拍攝時鏡頭與彩色標簽中心的距離計算樹干的實際胸徑。

所述相機標定具體為：根據顏色獲得圖像中彩色標簽所在區域，對該區域應用LSD直線檢測算法獲得該區域的兩條長邊和一條短邊，計算彩色標簽在平行于長邊方向上的最大長度，即長軸長度，計算彩色標簽在平行于短邊方向上的最大長度，即短軸長度，根據長軸長度、短軸長度和已知的相機焦距獲得拍攝時相機鏡頭與彩色標簽中心的距離。

所述樹干分割具體為：用相機標定檢測到的彩色標簽區域上方和下方的樹干區域覆蓋該彩色標簽區域，將圍繞原彩色標簽所在位置的圖像區域進行裁剪，并將覆蓋且裁剪后的圖像中原彩色標簽位置的區域指定為前景區域，將覆蓋且裁剪后的圖像的左上角、左下角、右上角、右下角的區域指定為背景區域，將覆蓋且裁剪后的圖像、指定的前景區域位置、背景區域位置輸入基于深度卷積神經網絡的交互式圖像分割算法，獲得樹干在覆蓋且裁剪后的圖像中的區域，即樹干區域。