[发明专利]一种基于数码相机测量单株立木材积的方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种基于数码相机测量单株立木材积的方法，特别是一种通过普通数码相机获取单张像片并基于图像处理和摄影测量原理计算立木材积的方法。

二、技术背景

任何形式的木材体积，包括立木、原木、原条、板方材等的体积。广义的材积还包括枝桠、伐根等。树木经济利用的主要部分是树干，因此研究测定树干材积的原理和方法是测树学(见测树)的主要任务。材积测算以单株木为对象；全林分树木材积的总和称作蓄积量，简称蓄积。材积和蓄积是森林经营利用的基本经济指标。

树干从基部到梢头粗度逐渐减小，其减小速度的快慢构成了树干的不同形状。正确表达树干的几何形状是测算树干材积的基础。为了分析树干形状，可沿树干量测许多横断面的直径，以直角坐标的x轴作为树干轴。以y轴表示横断面的半径，按适当比例作图，即可得出表示树干纵断面轮廓的对称曲线，通称为干形曲线。这条曲线的线型比较复杂，而且变化不定，自基部向梢端的变化大体呈凹曲线、平行于x轴的直线、抛物线和相交于x轴的直线，这4种曲线类型在树干上虽无明显界线，但在不同树干上的相对位置是比较稳定的。如果把树干看成是干形曲线以x为轴的旋转体，则相应于4部分曲线的体型依次为近似凹曲线体、圆柱体、截顶抛物线体和圆锥体。

德国学者M.孔策1873年提出能分别表达上述几种线型的干形曲线式y²＝px^r

式中y为树干横断面半径；x为树梢至该横断面处的长度；p为参数；r为形状指数。形状指数r一般变化在0～3之间，通常干基部分为凹曲线体(r≈3)，向上依次为近似圆柱体(r≈0)，抛物体(r≈1)和圆锥体(r≈2)。利用孔策干形曲线，根据旋转体求积式可以分别求算出树干某一段的材积。还曾出现过其他许多表达整株干形曲线的经验式，或采用样条函数分段拟合干形曲线的方法。

三、发明内容

随着普通数码相机、手机等数码产品的应用越来越广泛，一种利用普通数码相机进行调查的方法越来越急迫，基于普通数码相机获取图像的特点，提出了一种基于数码相机测量单株立木材积的方法。

主要发明内容：

通过普通数码相机对待测立木进行水平正直摄影，并不断调整拍摄位置使得整株立木能够完全被拍摄到照片之内。同时，通过测距仪等测量仪器测量出待测立木到数码相机拍摄位置的水平距离。利用图像处理的灰度化和二值化，以及人为控制使得整个图像中只留下待测立木的主干部分。通过遍历整个图像，计算出整个图像中黑色像素的个数，以及计算出单位像素所代表的面积，通过数学模型可以计算求出待测立木材积。

本项发明与现有方法相比具有以下优点：

(1)利用普通数码相机可以快速便捷的实现样地的调查采集，降低外业劳动成本。

(2)提出一种新的快速计算立木材积的方法，具有良好的应用和推广性。

四、具体实施方式：

一种基于数码相机测量单株立木材积的方法与现有方法的不同，具体在于：

1)首先，在室内检校场对数码相机进行检校，获取像片的像主点坐标(x₀，y₀)，径向畸变系数k₁、k₂，偏心畸变系数p₁、p₂，非正方形比例系数α，非正交性畸变系数β。利用数学模型和可计算出任意一点的实际坐标值(u_g,v_g)。

2)数码相机采用水平正直摄影，并不断调整拍摄位置使得整株立木能够完全被拍摄到照片之内。同时，通过测距仪等测量仪器测量出待测立木到数码相机拍摄位置的水平距离D。

3)影像处理，首先对拍摄获取的照片进行灰度化处理，得到各个像素的灰度值V，灰度值V＝0.299R+0.587G+0.114B，其中R,G,B为像素的RGB数值。然后确定一个合适的阈值，使整个照片进行二值化，最后通过人为控制是整个图像中只留下待测立木的主干部分。

4)通过遍历整个图像，计算出整个图像中黑色像素的个数N，单位像素所代表的面积 所求待测立木的截面面积为利用数学模型极坐标计算公式 可以计算求出待测立木材积V。