[發明專利]一種激光輔助下的樹木胸徑視覺測量方法與系統

在審

• 申請號: 202010435589.3
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111854616A
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 任桐煒;王博;田宇;張馨中
• 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;G06T7/11;G06N3/04;G06K17/00
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 奚銘

一種激光輔助下的樹木胸徑視覺測量方法與系統，硬件裝置包括：智能手機、激光發射設備、RFID讀寫設備和手持設備，測量時通過向待測樹木發射兩束平行激光標記樹木，采集帶有激光點的樹木照片，使照片中兩個點激光位于待測量樹木胸徑位置，兩個激光點連線平行于樹木生長延伸方向，對該照片進行圖像處理，獲得待測樹木的胸徑，同時，由RFID讀寫設備識別樹木的RFDI標簽，并將測得胸徑與對應樹木標簽對應存儲。本發明設備裝置簡單、便于攜帶，可提高樹木胸徑測量的速率。

技術領域

本發明涉及林業測量技術領域，為一種激光輔助下的樹木胸徑視覺測量方法與系統。

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，目前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

本發明要解決的問題是：針對現有技術缺陷，提供一種非接觸樹木胸徑測量方式，同時，滿足快速和準確的要求。

本發明的技術方案為：一種激光輔助下的樹木胸徑視覺測量方法，樹木設有RFID標簽，通過向待測樹木發射兩束平行激光標記樹木，采集帶有激光點的樹木照片，使照片中兩個點激光位于待測量樹木胸徑位置，兩個激光點連線平行于樹木生長延伸方向，對該照片進行圖像處理，獲得待測樹木的胸徑，同時，由RFID讀寫設備識別樹木的RFDI 標簽，并將測得胸徑與對應樹木標簽對應存儲；其中，所述圖像處理為：通過特征點查找確定照片中激光點位置，根據2個激光點圖像中像素距離與兩束激光的激光發射器的實際距離計算獲得與待測量樹木胸徑的拍攝距離，得到像素與實際的幾何關系；再由據圖像分割算法獲得樹木輪廓，進一步獲得實際樹木胸徑。

進一步的，在采集照片前進行傾斜度校驗，通過智能手機采集照片，由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時，允許進行照片采集。

作為優選方式，所述特征點查找具體為：將圖像由RGB顏色空間轉換為HSV顏色空間，使用基于經驗設置的閾值過濾出圖像中的激光顏色區域并膨脹；再將圖像轉換為灰度圖像，根據設定的閾值過濾出高亮度區域；對膨脹區域及高亮度區域的交集計算連通區域以及每個連通區域的質心，獲得高亮度激光點對的位置；如無法檢測到高亮度激光點，則對激光顏色區域進行閉運算后直接執行后續步驟。

作為優選方式，所述圖像分割及胸徑計算具體為：移除照片中的兩個激光點，再對圖像進行切割，降低圖像背景的復雜度，減小圖像面積；采用基于深度卷積神經網絡的交互式圖像分割算法對圖像中的樹干區域進行分割，獲得輪廓線寬度為一個像素的樹干輪廓；將樹干輪廓沿樹木垂直方向分為等高的四份，樹干輪廓被對應分割為4組近似平行邊緣，對每一組邊緣上的像素點應用最小二乘法進行線性回歸，估計出2條邊緣直線表達式，并計算2條邊緣直線之間的夾角，若夾角小于規定閾值且2條直線的均方誤差小于指定閾值，則測量2條邊緣直線之間的近似距離，最后對測得的近似距離取平均值，得到樹木像素胸徑；根據幾何關系將樹木像素胸徑轉換為實際胸徑。

本發明還提供一種激光輔助下的樹木胸徑視覺測量系統，包括：智能手機、激光發射設備、RFID讀寫設備和手持設備，手持設備用于裝載智能手機、激光發射設備和RFID 讀寫設備，智能手機中配置有計算機程序，所述程序被執行時實現上述檢測方法；激光發射設備包括兩個點激光器，兩個點激光器距離固定，用于發射兩束平行激光，在待測樹木上標記兩個紅色激光點；RFID讀寫設備用于讀取樹木的RFID標簽。

進一步的，智能手機通過串口為激光發射設備和RFID讀寫設備供電，并接收來自RFID讀寫設備的數據。