[发明专利]基于深度提取模型的多株立木胸径被动测量方法

说明书

本发明公开了一种基于深度提取模型的多株立木胸径被动测量方法，步骤一：对手机相机进行标定，获取相机内部参数和图像分辨率；步骤二：建立深度提取模型：步骤三：采集并处理待测立木图像，计算摄影测量坐标系下立木深度值；步骤四：测量单幅图像中多株立木胸径值：本发明的基于单目视觉和深度提取模型的多株立木胸径被动测量方法，能够适用于视场角、焦距、图像分辨率等参数不同的相机，提高测距精度和测量效率，为森林资源调查和林业资源管理提供支持。

技术领域

本发明涉及地面近景摄影测量领域，尤其是一种单目视觉系统下基于单幅图像信息的多株立木胸径被动测量方法。

背景技术

胸高直径，亦称胸径(厘米)，是指树干距离地面根茎1.3米处树的直径^[1]。立木胸径是森林资源调查管理中一个重要的测量因子^[2-3]。传统的胸径测量方法测量值通常被视为胸径标准值^[4-5]，但方法耗时、耗力且效率低。随着传感技术、机器视觉及激光测距技术等的发展，非接触式测绘方法应运而生。非接触式胸径测量方法主要分为主动测量和被动测量两类^[6]。使用激光测距是主动测量的主流方法之一^[7-9]，利用激光雷达测距准确率高且数据处理速度快，但激光雷达测距具有系统硬件集成成本高，移动端设备集成难度大等缺点^[10-11]。超声波技术依据声波传播技术及时间差计算立木距离并提取胸径，但超声波技术数据采集实时性差^[12-13]。机器视觉技术作为被动测量的主要途径，通过图像像素信息及相机成像原理进行距离估算并获取目标物尺寸，具有图像信息丰富、成本低等优点^[14-16]。机器视觉测量主要包括单目视觉和双目视觉测量两类^[17-19]。早期的图像信息提取方法主要是双目立体视觉原理和相机运动信息，需要多幅图像完成图像深度信息的提取^[20-22]。与双目视觉测量相比，单目测量图像采集不需要严格的硬件条件且设备集成便捷，因此近年来对单目视觉信息提取方法的研究逐渐深入^[23]。

采用单目视觉系统测量图像中多株立木胸径需要先确定其深度距离信息。可以通过相机标定获取相机内外参数，结合投影模型求解出图像坐标系与世界坐标系之间的转换关系，从而计算目标物深度^[24-26]。此方法需要多次采集不同方位的标靶图像，并记录每个点在世界坐标系和图像坐标系中的对应坐标，标定对于测量精度影响较大。另外，由于移动端设备中集成了许多传感器，携带方便，因此许多学者基于移动端平台和单目视觉技术开发了一些立木因子测量平台，周克瑜等^[27]在测量胸径时基于三角函数原理，根据已知尺寸标定物进行对比计算，在一定程度上实现了胸径因子的快速测量，但是操作复杂，精度不高。黄晓东等^[16]利用数码相机获取待测样地上下方向的任意两张图片，并测量图像中任意一段物体长度用于推算摄影基线，计算真实空间比例关系，从而测量图像上样木胸径。该方法实现了图像中多株立木胸径的自动测量，但需要拍摄多张图片，且需预先测量图像中任意物体长度，该长度的精度对其它样木胸径测量值影响较大。

申请号为201710849961.3的发明申请，公开了一种改进的适用于智能移动端相机的相机标定模型及畸变矫正模型(以下简称：改进的带有非线性畸变项的标定模型)，该方法可以帮助矫正标定板图片，获取更高精度的相机内、外参数，不足的是，该方法没有扩展到对待测图像的非线性畸变校正及目标物的测量中。

参考文献：

[1]Library W P.Diameter at Breast Height[J].2016.

[2]史洁青，冯仲科，刘金成.基于无人机遥感影像的高精度森林资源调查系统设计与实验[J].农业工程学报，2017，33(11)：82-90.