[發明專利]一種人工苗木林缺苗信息獲取方法

在審

• 申請號: 202110320160.4
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113052818A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 趙煥新;梁丹;徐琪;王懿祥
• 申請（專利權）人: 浙江農林大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T5/00;G06K9/62;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 何磊

1.一種人工苗木林缺苗信息獲取方法，其特征在于，具體包括以下步驟：

S1：獲取苗木的正射影像，對影像進行處理獲得樹冠二值化影像；

S2：利用網格算法計算苗木行傾斜角度，并根據傾斜角度的計算結果，順時針旋轉樹冠二值化影像，使苗木行處于水平位置；

S3：采用中心線法計算每行缺苗數量與每行缺苗位置，獲得每行缺苗數據；

S4：匯總每行缺苗數據，即獲得整體缺苗數量與整體缺苗位置數據。

2.根據權利要求1所述的一種人工苗木林缺苗信息獲取方法，其特征在于：所述S1中，獲得樹冠二值化影像的具體步驟為：

S101：采用無人機獲取人工林場幼齡林的若干相鄰可見光影像；

S102：將若干相鄰可見光影像拼接生成正射影像，正射影像的地面分辨率為0.5cm-1.5cm；

S103：對原始正射圖像進行去噪和圖像特征分析處理；

S104：構建三層神經網絡，將正射影像分為樹冠、雜草、陰影、裸地和其他五個類別，經BP神經網絡分類后提取出樹冠，得到樹冠圖像；

S105：對樹冠圖像進行二值化處理，再經刪除小面區域及空洞填充處理得到樹冠二值化影像。

3.根據權利要求2所述的一種人工苗木林缺苗信息獲取方法，其特征在于：所述S102中，將若干相鄰可見光影像拼接生成正射影像，采用的工具為Pix4Dmapper軟件；所述S103中，對原始正射圖像進行去噪和圖像特征分析處理，采用的工具為ENVI軟件；所述S104中，構建三層神經網絡，采用的工具為ENVI軟件自帶的NeuralNetClassification；所述S105中，對樹冠圖像進行二值化處理，采用的工具為MATLAB軟件。

4.根據權利要求1所述的一種人工苗木林缺苗信息獲取方法，其特征在于：所述S2中，計算苗木行傾斜角度的具體步驟為：

S201：在樹冠二值化影像中，設想區域內有一組相互平行的水平網格，網格數記為Num；

S202：記每行網格內樹冠像元個數為Ni，每行網格樹冠像元平均數為并對樹冠像元樣本進行方差計算，衡量樹冠像元分布均勻的程度，計算表達式為：

S203：在0°-180°內，將樹冠二值化影像順時針旋轉某一個角度θ；

S204：統計樹冠二值化影像中樹冠像元最大X坐標，記為Xmax，最小X坐標，記為Xmin，將區間Xmin，Xmax劃分成間隔為L的水平網格，區間個數為[Xmin，Xmin+L)，[Xmin+L，Xmin+2L)…[Xmin+(Num-1)*L，Xmax]；

S205：統計樹冠像元落入S204中各個水平網格內的數量Ni，計算樣本方差下標j表示第j次旋轉影像；

S206：重復步驟S203-S205直到樹冠二值化影像旋轉完180°，得到樹冠二值化影像在不同方向時的樹冠像元分布樣本方差其中方差最大值對應的旋轉角度即為苗木行傾斜的角度。

5.根據權利要求4所述的一種人工苗木林缺苗信息獲取方法，其特征在于：所述步驟S201-S206中，計算過程中將每個樹冠像元個數權重取為0.01。

6.根據權利要求4所述的一種人工苗木林缺苗信息獲取方法，其特征在于：所述步驟S204中，網格間隔L取值為小于1倍行間空隙寬度。

7.根據權利要求1所述的一種人工苗木林缺苗信息獲取方法，其特征在于：所述步驟S3中，獲得每行缺苗數據的具體步驟為：

S301：在苗木行都處于水平狀態下，將每個樹冠像元投影到X軸上；

S302：利用K-means聚類得到每簇投影點在X軸上的各自中心點；

S303：在各中心點處畫出水平的平行中心線；

S304：在平行中心線上查找每行缺苗位置和每行缺苗數量。

8.根據權利要求7所述的一種人工苗木林缺苗信息獲取方法，其特征在于：所述S302中，K-means聚類的聚類數為苗木行總行數。

9.根據權利要求7所述的一種人工苗木林缺苗信息獲取方法，其特征在于：所述步驟S304中，在平行中心線上查找每行缺苗位置和每行缺苗數量的具體步驟為：

S3041：從第一行樹左端開始查找每列像元中距離該行樹中心軸兩側小于D的像元中屬于非植被像元的數量，如都不是植被像元，則認為該行在該處沒有植被，否則認為是有植被的，并在非植被像元連續長度S達到某一閾值S0時判定該處位置缺苗；

S3042：閾值S0的取值按以下公式計算：

S₀＝2R-d ②

②式中R為樹木株距，d為樹冠直徑；

S3043：計算每行連續非樹冠像元的總長度ST，按如下公式即可得到每行缺苗數量：

③式中，R為樹木株距。