[发明专利]一种基于地形条件的非接触式立木胸径测量方法

权利要求书

1.一种非接触式立木胸径测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将主动光学设备和被动光学设备进行组装得到集成设备，并固定于支架上，其中，被动光学设备用于获取包含目标立木的二维图像信息，主动光学设备被用于获取集成设备到目标立木的距离信息；

步骤二：对集成设备进行标定，获取设备基本参数信息，包括，对被动光学设备进行单独标定，获取被动光学设备的内参数矩阵，对集成设备进行整体标定，同时获取集成设备内部被动光学设备与主动光学设备的测距中心的相对距离和被动光学设备的光学视场角；

步骤三：考虑地形条件的二维图像中的胸高位置估计，旋转集成设备至水平并瞄准目标立木，获取包含目标立木的二维图像和集成设备到目标立木的距离信息，二维图像中的胸高位置表示为如下公式：

其中，P_dbh表示以像素为单位的二维图像中的胸高位置；H_image为以像素为单位的二维图像高度，当被动光学设备拍摄模式固定时其为定值；d为主动光学设备获取的距离信息的测距值；α和β分别为光学视场角的一半和集成设备由水平向下旋转至瞄准目标立木底部的角度变化量；D₀为集成设备中被动光学设备与主动光学设备之间的相对距离；以及

步骤四：计算目标立木的胸径，根据公式3获得的二维图像中的胸高位置，将图像裁剪为以胸高位置为中心的矩形区域，建立包含树干胸高位置的感兴趣区域，通过所述测距值d并识别计算感兴趣区域中以像素为单位的的树干宽度N，建立如公式4所表示的图像二维空间到现实三维空间的转换关系，

其中，f为被动光学设备的焦距，d为所述测距值，N为二维图像中以像素为单位的树干宽度，d_x为图像空间中经校准的单像素间距，通过步骤二中对被动光学设备的单独标定获取，L_pixel为二维图像空间中目标立木胸径的物理尺寸，D₀为集成设备中被动光学设备与主动光学设备之间的相对距离，DBH为目标立木胸径的实际尺寸。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其中，所述被动光学设备选自手机、平板电脑或笔记本电脑自带的光学相机或图像传感器。

3.根据权利要求1所述的测量方法，其中，所述主动光学设备包括激光测距仪。

4.根据权利要求1所述的测量方法，其中，所述集成设备还包括角度陀螺仪，通过由水平向下旋转集成设备至瞄准目标立木底部，通过角度陀螺仪获取角度变化量β。

5.根据权利要求4所述的测量方法，其中，所述角度陀螺仪为手机、平板电脑或笔记本电脑自带的角度陀螺仪。

6.根据权利要求1所述的测量方法，其中，步骤二中被动光学设备的光学视场角的标定基于在不同距离下图像所代表的实际物体高度实现，通过在标定板上记录当下所摄图像垂直上下边界所对应的具体位置确定图像所表示的实际高度h，并结合标定获得的测距值d来确定光学视场角θ，具体由以下公式表达：

其中，d为标定时获得的测距值；h为所摄图像的像素高度所代表的实际距离；θ为所求光学视场角，在实际计算中表示为多次标定实验的平均值,D₀为集成设备中被动光学设备与主动光学设备之间的相对距离。

7.根据权利要求1所述的测量方法，其中，被动光学设备与主动光学设备之间相对距离D₀的计算基于相机成像模型，通过获取标定板在图像中的像素长度与实际长度之间的比例关系计算实现，具体由以下公式表示：

其中，l为标定板在所摄图像中的像素长度；L为标定板的固定长度；f为被动光学设备的焦距；d为标定时获得的测距值；D₀为集成设备中被动光学设备与主动光学设备之间的相对距离。