[發明專利]基于無人機的動物三維參數提取方法、系統及電子設備

有效

• 申請號: 202010475356.6
• 申請日: 2020-05-29
• 公開（公告）號: CN111666855B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 王東亮;岳煥印;彭金榜;廖小罕;葉虎平;譚翔
• 申請（專利權）人: 中國科學院地理科學與資源研究所;天津中科無人機應用研究院
• 主分類號: G06V20/10
• 分類號: G06V20/10;G06V20/64;G06V10/774;G06V10/764;G06V10/82;G06N3/0464;G06T7/62;G06V20/17
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 徐琪琦

本發明涉及一種基于無人機的動物三維參數提取方法、系統及電子設備；首先，通過圖像動物識別模型對圖像進行識別，得到每頭/只動物的種類和每頭/只動物的輪廓所對應的掩膜多邊形，根據激光雷達點云得到動物點；然后，通過獲取每個掩膜多邊形所對應的動物點，能準確獲知動物在圖像和激光雷達點云中的位置匹配關系；最后，從激光雷達點云中得到每頭/只動物的高度，從無人機高分辨率影像中計算動物的體長、體面積等參數。本發明通過融合無人機高分辨率影像和激光雷達點云，不僅能提升動物識別精度，實現三維參數的快速提取，還能定量估算大型食草動物的體重和羊單位，對畜牧業發展和野生動物保護有重要意義。

技術領域

本發明涉及動物調查技術領域，尤其涉及一種基于無人機的動物三維參數提取方法、系統及電子設備。

背景技術

大型食草動物的高度、體長、體面積等三維參數是估算動物體重和食量的重要指標，對草畜平衡精確核定、發展精準育種和草牧業至關重要，傳統動物調查主要采用地面調查方式，利用紅外觸發照相、環境DNA監測儀、測距儀、望遠鏡、聲音和位置記錄儀等傳感器調查動物的數量、行為、結構等信息。但有些區域地面人們難以到達，且存在視線遮擋、調查效率低、成本高、抽樣代表性不足等問題。

近年來，無人機已成為有人機動物調查的重要補充。自2006年，被報道用于美國短吻鱷、水鳥調查以來，無人機已在動物識別、跟蹤、尺寸測量、行為調查、以及無人機對動物影響等方面取得一定進展。由于無人機圖像分辨率可根據航高調整，其分別率最高可達2mm，因而可用于識別大到非洲象、牛羚，小到野兔、考拉等食草動物，甚至包括蝴蝶等昆蟲。調查機型主要為支持自動飛行的小型固定翼或多旋翼，其中使用多旋翼和固定翼無人機的研究幾乎各占一半。也有部分研究使用大型固定翼無人機，如測控距離超過100km、續航時間超過24小時的。申請者及所在團隊也在青海瑪多縣等地開展了基于無人機航拍的牦牛、藏羊、藏野驢、巖羊等大型食草動物調查，但由于無人機航拍的圖像為二維平面圖像，無法準確得到每頭/只動物的高度，進而導致識別出的動物的三維參數的準確度不高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供了一種基于無人機的動物三維參數提取方法、系統及電子設備。

本發明的一種基于無人機的動物三維參數提取方法的技術方案如下：

將高分辨率相機和激光雷達傳感器集成于同一架帶高精度POS系統的無人機，同步獲取無人機高分辨率影像和激光雷達點云，所述激光雷達點云與所述無人機高分辨率影像相對誤差優于0.2m；

通過圖像動物識別模型對所述無人機高分辨率影像進行識別，得到每頭/只動物的種類和每頭/只動物的輪廓所對應的掩膜多邊形；

對所述激光雷達點云進行監督分類，得到動物點和每頭/只動物對應點的最小凸包多邊形；

根據獲取每頭/只動物在所述無人機高分辨率影像中的掩膜多邊形及其在所述激光雷達點云中的動物點，得到每頭/只動物的三維參數。

本發明的一種基于無人機的動物三維參數提取方法的有益效果如下：

首先，通過圖像動物識別模型對圖像進行識別，得到每頭/只動物的種類和每頭/只動物的輪廓所對應的掩膜多邊形；然后，根據激光雷達點云得到動物點，通過獲取每個掩膜多邊形所對應的動物點，能準確獲知動物在圖像和激光雷達點云中的位置匹配關系；最后，從激光雷達點云中得到每頭/只動物的高度，從無人機高分辨率影像中計算動物的體長、體面積等參數。本發明通過融合無人機高分辨率影像和激光雷達點云，不僅能提升動物識別精度，實現三維參數的快速提取，還能定量估算大型食草動物的體重和羊單位，對畜牧業發展和野生動物保護有重要意義。

在上述方案的基礎上，本發明的一種基于無人機的動物三維參數提取方法還可以做如下改進。

進一步，所述對所述激光雷達點云進行監督分類，得到動物點和每頭/只動物對應點的最小凸包多邊形，包括：