[發(fā)明專利]一種分層樹冠識別方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011543365.0
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112651937A
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉清旺;李增元;龐勇;李世明;李梅
• 申請（專利權(quán)）人: 中國林業(yè)科學(xué)研究院資源信息研究所
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/136;G06T7/187;G06F17/18
• 代理公司: 北京安瑞克專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11902
• 代理人: 郭紅梅

1.一種分層樹冠識別方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、根據(jù)樹冠高度柵格單元的個數(shù)，創(chuàng)建不相交集；

S2、依次遍歷每個樹冠頂點，從樹冠高度柵格中提取樹冠頂點的高度；

S3、將樹冠劃分為4個象限，分別為左上象限、右上象限、左下象限、右下象限，根據(jù)柵格遍歷規(guī)則、行邊界約束規(guī)則、生長距離約束規(guī)則、生長四鄰域連通約束規(guī)則、射線方向判別規(guī)則、射線生長約束規(guī)則、射線四鄰域連通約束規(guī)則、樹冠判別規(guī)則和樹冠相接點判別規(guī)則判別每個象限內(nèi)樹冠邊界；

S4、提取樹冠底部的高度；

S5、使用樹冠頂點索引對樹冠進行編碼；

S6、依次遍歷樹冠頂點，對樹冠外邊界進行矢量化。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1包括：

根據(jù)柵格的行數(shù)和列數(shù)，計算柵格單元個數(shù)，創(chuàng)建不相交集，不相交集的元素個數(shù)等于全部柵格單元的個數(shù)，不相交集元素的初始級別為0，初始個數(shù)為1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2包括：

依次遍歷每個樹冠頂點，根據(jù)每個種子點的位置，提取所有種子點的高度值；在不相交集中標(biāo)記種子點元素的級別為1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述柵格遍歷規(guī)則包括：

(1)左上象限內(nèi)柵格遍歷規(guī)則

當(dāng)前點的起始位置為種子點，首先，當(dāng)前點沿所在行向左移動，如果當(dāng)前點的左方點為樹冠點則當(dāng)前點持續(xù)向左移動，如果到達樹冠邊界則停止向左移動；然后，當(dāng)前點沿所在行返回到種子點所在列，并向上移動一行，當(dāng)前點的位置變?yōu)榉N子點的上方點，當(dāng)前點沿所在行向左移動，如果當(dāng)前點的左方點為樹冠點則當(dāng)前點持續(xù)向左移動，如果到達樹冠邊界則停止向左移動；當(dāng)前點沿所在行返回到種子點所在列，循環(huán)向上移動一行，直至到達上方樹冠邊界；

(2)右上象限內(nèi)柵格遍歷規(guī)則

當(dāng)前點的起始位置為種子點的右方點，首先，當(dāng)前點沿所在行向右移動，如果當(dāng)前點的右方點為樹冠點則當(dāng)前點持續(xù)向右移動，如果到達樹冠邊界則停止向右移動；然后，當(dāng)前點沿所在行返回到種子點所在列的右一側(cè)列，并向上移動一行，當(dāng)前點的位置變?yōu)榉N子點的右上點，當(dāng)前點沿所在行向右移動，如果當(dāng)前點的右方點為樹冠點則當(dāng)前點持續(xù)向右移動，如果到達樹冠邊界則停止向右移動；當(dāng)前點沿所在行返回到種子點所在列的右一側(cè)列，循環(huán)向上移動一行，直至到達上方樹冠邊界；

(3)左下象限內(nèi)柵格遍歷規(guī)則

當(dāng)前點的起始位置為種子點的下方點，首先，當(dāng)前點沿所在行向左移動，如果當(dāng)前點的左方點為樹冠點則當(dāng)前點持續(xù)向左移動，如果到達樹冠邊界則停止向左移動；然后，當(dāng)前點沿所在行返回到種子點所在列，并向下移動一行，當(dāng)前點的位置變?yōu)楫?dāng)前點起始位置的下方點，當(dāng)前點沿所在行向左移動，如果當(dāng)前點的左方點為樹冠點則當(dāng)前點持續(xù)向左移動，如果到達樹冠邊界則停止向左移動；當(dāng)前點沿所在行返回到種子點所在列，循環(huán)向下移動一行，直至到達下方樹冠邊界；

(4)右下象限內(nèi)柵格遍歷規(guī)則

當(dāng)前點的起始位置為種子點的右下點，首先，當(dāng)前點沿所在行向右移動，如果當(dāng)前點的右方點為樹冠點則當(dāng)前點持續(xù)向右移動，如果到達樹冠邊界則停止向右移動；然后，當(dāng)前點沿所在行返回到種子點所在列的右方列，并向下移動一行，當(dāng)前點的位置變?yōu)榉N子點的右下點的下方點，當(dāng)前點沿所在行向右移動，如果當(dāng)前點的右方點為樹冠點則當(dāng)前點持續(xù)向右移動，如果到達樹冠邊界則停止向右移動；當(dāng)前點沿所在行返回到種子點所在列的右方列，循環(huán)向下移動一行，直至到達下方樹冠邊界；

所述行邊界約束規(guī)則：對于左上象限和右上象限，如果當(dāng)前行的下方行沒有樹冠點，即當(dāng)前行的下方行樹冠柵格單元個數(shù)為0，表示到達上方樹冠邊界，則當(dāng)前點停止向上移動；對于左下象限和右下象限，如果當(dāng)前行的上方行沒有樹冠點，即當(dāng)前行的上方行樹冠柵格單元個數(shù)為0，表示到達下方樹冠邊界，則當(dāng)前點停止向下移動；

所述生長距離約束規(guī)則：計算當(dāng)前點與種子點之間的距離，如果距離小于等于搜索半徑，則當(dāng)前點繼續(xù)移動；如果距離大于搜索半徑，則當(dāng)前點停止向左或向上或向右或向下移動；

所述生長四鄰域連通約束規(guī)則：對于左上象限，當(dāng)前點的下方點和右方點為連通點；對于右上象限，當(dāng)前點的下方點和左方點為連通點；對于左下象限，當(dāng)前點的上方點和右方點為連通點；對于右下象限，當(dāng)前點的上方點和左方點為連通點；根據(jù)不相交集，判斷當(dāng)前點的兩個連通點是否屬于當(dāng)前樹冠，如果任一連通點屬于當(dāng)前樹冠，則繼續(xù)判斷射線方向判別規(guī)則、射線生長約束規(guī)則、射線四鄰域連通約束規(guī)則、樹冠判別規(guī)則和樹冠相接點判別規(guī)則；如果兩個連通點均不屬于當(dāng)前樹冠，則表示到達樹冠邊界，停止向左或向右移動；

所述射線方向判別規(guī)則：計算種子點指向當(dāng)前點的方位角，按以下規(guī)則判斷移動方向：如果方位角大于等于0°并小于22.5°，或者大于337.5°并小于等于360°，射線指向上方；如果方位角大于等于22.5°并小于67.5°，射線指向右上方；如果方位角大于等于67.5°并小于112.5°，射線指向右方；如果方位角大于等于112.5°并小于157.5°，射線指向右下方；如果方位角大于等于157.5°并小于202.5°，射線指向下方；如果方位角大于等于202.5°并小于247.5°，射線指向左下方；如果方位角大于等于247.5°并小于292.5°，射線指向左方；如果方位角大于等于292.5°并小于337.5°，射線指向左上方；

所述射線生長約束規(guī)則：在種子點指向當(dāng)前點的射線上，根據(jù)射線方向和當(dāng)前點計算當(dāng)前點的前一點，當(dāng)前點的前一點位于種子點和當(dāng)前點之間，判斷當(dāng)前點的前一點是否屬于當(dāng)前樹冠，具體規(guī)則為：如果射線方向指向左方、右方、上方或下方，直接判斷當(dāng)前點的前一連通點是否為樹冠上的點；如果射線方向指向左上方、右上方、左下方或右下方，判斷當(dāng)前點的前一對角點是否為樹冠上的點，并同時判斷射線四鄰域連通約束規(guī)則；如果當(dāng)前點的前一對角點是樹冠上的點，則繼續(xù)判斷射線四鄰域連通約束規(guī)則，否則到達射線方向樹冠邊界；

所述射線四鄰域連通約束規(guī)則：如果當(dāng)前點的前一對角點是樹冠上的點，繼續(xù)判斷當(dāng)前點的前一列連通點或前一行連通點是否為樹冠上的點，如果當(dāng)前點的前一列連通點或前一行連通點是樹冠上的點，則繼續(xù)樹冠判別規(guī)則；如果當(dāng)前點的前一列連通點或前一行連通點均不是樹冠上的點，則到達射線方向樹冠邊界；

所述樹冠判別規(guī)則：

A.樹冠一般判別規(guī)則：

如果當(dāng)前點為相鄰種子點，則停止樹冠判別；

如果種子點高度小于當(dāng)前點高度，則停止樹冠判別；

如果當(dāng)前點高度小于等于枝下高閾值，則停止樹冠判別；

如果當(dāng)前點坡度大于指定閾值，則停止樹冠判別；

B.樹冠分層判別規(guī)則：

將樹冠區(qū)域劃分為核心區(qū)、中間區(qū)和外圍區(qū)，每一層采用不同的判別規(guī)則：

B.1樹冠核心區(qū)判別規(guī)則：

如果當(dāng)前點與種子點之間的高度差小于預(yù)設(shè)值R1，并且當(dāng)前點與種子點之間的距離小于預(yù)設(shè)值R2，則當(dāng)前點位于樹冠核心區(qū)，否則繼續(xù)判斷當(dāng)前點是否位于樹冠中間區(qū),R1、R2小于種子點高度；

B.2樹冠中間區(qū)判別規(guī)則：

B.2.1如果當(dāng)前點與種子點之間的高度差小于預(yù)設(shè)值R3，并且當(dāng)前點與種子點之間的距離小于預(yù)設(shè)值R4，則當(dāng)前點位于樹冠中間區(qū)，否則繼續(xù)判斷當(dāng)前點是否位于樹冠外圍區(qū)，R3、R4小于種子點高度，且R3R1,R4R2；

B.2.2如果當(dāng)前點位于樹冠中間區(qū)，則判別樹冠局部反向角規(guī)則和全局冠傾角規(guī)則：

B.2.2.1樹冠局部反向角規(guī)則：如果當(dāng)前點的高度小于前一點的高度，即沿著種子點指向當(dāng)前點的射線方向，當(dāng)前點的前一點位于凹陷區(qū)，根據(jù)當(dāng)前點的高度、當(dāng)前點的前一點的高度和空間分辨率計算局部反向角，如果局部反向角大于指定閾值，則到達樹冠邊界；

B.2.2.2全局冠傾角規(guī)則：根據(jù)當(dāng)前點的高度、種子點的高度和當(dāng)前點與種子點之間的距離，計算全局冠傾角，如果全局冠傾角小于指定閾值，則到達樹冠邊界；

B.3樹冠外圍區(qū)判別規(guī)則：

如果當(dāng)前點不在樹冠核心區(qū)和中間區(qū)范圍內(nèi)，則位于樹冠外圍區(qū)，需要判別樹冠高度規(guī)則和局部冠傾角規(guī)則：

樹冠高度規(guī)則：在種子點指向當(dāng)前點的射線上，根據(jù)射線方向和當(dāng)前點計算當(dāng)前點的后一點，按照以下規(guī)則判別樹冠點：如果當(dāng)前點的后一點高度大于當(dāng)前點的前一點高度，則到達樹冠邊界，否則判別局部冠傾角規(guī)則；

局部冠傾角規(guī)則：計算局部冠傾角，如果當(dāng)前點與后一點的局部冠傾角小于當(dāng)前點與前一點的局部冠傾角，則到達樹冠邊緣；

所述樹冠相接點判別規(guī)則：

根據(jù)公式(1)計算當(dāng)前點屬于每個樹冠的概率p，公式(1)中x為當(dāng)前點與種子點之間的距離除以種子點的高度值，σ缺省值為1，如果當(dāng)前點屬于當(dāng)前種子點樹冠的概率小于當(dāng)前點屬于另一種子點樹冠的概率，則當(dāng)前點屬于另一種子點樹冠，