[发明专利]一种基于计算机视觉的非接触式树木胸径测量方法及系统

说明书

一种基于计算机视觉的非接触式树木胸径测量方法及系统，硬件设备包括：RFID标签、智能手机、RFID读写设备、手持设备；通过智能手机拍得带有彩色标签的树木躯干照片，将该照片传至服务器进行图像处理，处理后获得待测树木的胸径，所述彩色标签附有RFID标签，同时由RFID读写设备识别树木RFID标签，并在服务器中将测得的树木胸径与该树木的RFID标签对应存储。本发明实施例中设备装置简单、便于携带，整个系统可提升树木测量与管理的效率。

技术领域

本发明属于林业测量技术领域，具体为一种基于计算机视觉的非接触式树木胸径测量方法及系统。

背景技术

胸径是衡量苗木价格的很重要的一个依据，在苗圃的树木胸径盘点中，树木胸径的测量工作极其重要。

现有测量技术可以分为两大类：接触式测量和非接触式测量。接触式测量主要通过胸径尺，围绕树干一周，测量者必须接近树干，测量效率很低，对于动辄数十万的苗木数量，苗木胸径的测量难以完成。非接触式测量装置中，使用三角原理和激光测距等原理的测量系统需要相对稳定的平台才能测量；另外，使用图像采集并处理的测量装置无法避免使用测距尺测量图像采集点与待测量树木的距离，测量速度也相对很慢，不能适用于苗木数量庞大的测量环境。

发明内容

本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种用于非接触式树木胸径测量的方法与系统，在不需要固定平台、激光测距仪与测距尺的情况下就可对树木胸径进行准确测量，并应对大规模测量实现数据自动整理。

本发明的技术方案为：一种基于计算机视觉的非接触式树木胸径测量方法，其通过智能手机拍得带有彩色标签的树木躯干照片，将该照片传至服务器进行图像处理，处理后获得待测树木的胸径，所述彩色标签附有RFID标签，同时由RFID读写设备识别树木RFID标签，并在服务器中将测得的树木胸径与该树木的RFID标签对应存储。

作为优选方式，所述测量方法通过软件程序实现，所述软件模块包括配置在智能手机中的倾斜度校验模块、图片采集模块、标签读取模块，以及配置在服务器的视觉测量模块和web端系统，所述倾斜度校验模块通过智能手机内部的陀螺仪获取当前智能手机的倾斜度，当所述倾斜度在允许区间内，且智能手机的摄像头准心对准树木躯干上的彩色标签时，触发图片采集模块采集待测量树木照片，所述标签读取模块通过串口向RFID读写设备发送指令，读取待测树木RFID标签，并接收返回数据，智能手机将待测量树木照片和RFID标签数据传至服务器，由所述视觉测量模块利用视觉测量算法处理照片以获得树木胸径；所述web端系统用于提供人机交互界面，提供对树木生长情况和员工测量情况信息查询端口，显示各个树木的历史生长信息、每个智能手机所对应的员工完成的测量工作量、以及树木生长区域的土壤肥沃度情况，用于进行可量化的管理。

进一步的，所述视觉测量模块实现相机标定、树干分割和胸径计算；相机标定为检测采集到的图像中的彩色标签，计算彩色标签在图像中的尺寸，根据该尺寸和已知的相机焦距，计算拍摄时彩色标签中心与镜头之间的距离；树干分割是通过图像分割算法检测图像中的树干区域；胸径计算是由相机标定获得的拍摄时镜头与彩色标签中心的距离计算树干的实际胸径。

所述相机标定具体为：根据颜色获得图像中彩色标签所在区域，对该区域应用LSD直线检测算法获得该区域的两条长边和一条短边，计算彩色标签在平行于长边方向上的最大长度，即长轴长度，计算彩色标签在平行于短边方向上的最大长度，即短轴长度，根据长轴长度、短轴长度和已知的相机焦距获得拍摄时相机镜头与彩色标签中心的距离。

所述树干分割具体为：用相机标定检测到的彩色标签区域上方和下方的树干区域覆盖该彩色标签区域，将围绕原彩色标签所在位置的图像区域进行裁剪，并将覆盖且裁剪后的图像中原彩色标签位置的区域指定为前景区域，将覆盖且裁剪后的图像的左上角、左下角、右上角、右下角的区域指定为背景区域，将覆盖且裁剪后的图像、指定的前景区域位置、背景区域位置输入基于深度卷积神经网络的交互式图像分割算法，获得树干在覆盖且裁剪后的图像中的区域，即树干区域。