基於光學相似三角形法的立木胸徑測量方法
2023-06-22 10:15:46
專利名稱：基於光學相似三角形法的立木胸徑測量方法
技術領域：
本發明涉及林木測量，尤其涉及一種基於光學相似三角形法的立木胸徑測量方法。
背景技術：
森林蓄積量是國家自然資源的重要組成部分，其消長動態是林業經濟效益的主要標誌，也是制定採伐培育計劃的依據。傳統的森林林木胸徑測量方法如採用胸徑測量圍尺或輪尺，將長度轉換為直徑刻度，從而進行林木胸徑估測，操作中受環境及人為因素影響大，結果誤差極大。為了解決上述問題，發明人提供了一種基於光學相似三角形法的立木胸徑測量方法。
發明內容
鑑於上述現有技術的不足以及實際應用的需要，本發明提供一種基於光學相似三角形法的立木胸徑測量方法，實現簡單快速、無接觸的立木胸徑測量。本發明是通過以下具體技術方案實現的本發明提供一種基於光學相似三角形法的立木胸徑測量方法，所述方法包括以下步驟步驟一、對所拍攝的立木圖像進行預處理，提取單像素的雷射光斑骨架部分後，得到所述雷射光斑在相平面的點{V,V )；步驟二、根據光學相似三角形原理，將上述雷射光斑落在相平面的點(X』，Y』 )向三維空間進行坐標轉換得到點(X，Y，Z)；步驟三、對上述所得三維空間點(X，Y，Z)進行處理後，向水平方向進行投影得點(Xs, Ys);採用最小二乘圓擬合方法對點(Xft，Yft)進行圓擬合；步驟四、上述擬合後所得圓半徑參數即為被測立木的胸徑大小；步驟二中所述根據光學三角原理，將雷射光斑落在相平面的坐標點{V ,V )向三維空間進行坐標轉換得到點(X，Y，Z)包括由以下表達式
權利要求
1.一種基於光學相似三角形法的立木胸徑測量方法，其特徵在於，所述測量方法包括如下步驟 步驟一對所拍攝的立木圖像進行預處理，提取單像素的雷射光斑骨架部分後，得到所述雷射光斑在相平面的點{V,V )； 步驟二 根據光學相似三角形原理，將上述雷射光斑落在相平面的點(X』，Y』 )向三維空間進行坐標轉換得到點(X，Y，Z)； 步驟三對上述所得三維空間點(X，Y，Z)進行處理後，向水平方向進行投影得點(xs，Yft);採用最小二乘圓擬合方法對點(Xft，Yft)進行圓擬合； 步驟四上述擬合後所得圓半徑參數即為被測立木的胸徑大小；
2.根據權利要求I所述一種基於光學相似三角形法的立木胸徑測量方法，其特徵在於，步驟二中所述根據光學相似三角形原理，將雷射光斑落在相平面的點(X』，Y』)向三維空間進行坐標轉換得到點(X，Y，Z)包括 由以下表達式實現由立木圖像的相平面的坐標點(Χ』，γ』)向三維空間的坐標點(Χ，Υ，Ζ)的轉換；其中，f為實驗設備中的焦距，b為雷射源到攝像機光軸的距離，Θ為雷射源A射出的光平面與COMS平面所成夾角。
3.根據權利要求2所述一種基於光學相似三角形法的立木胸徑測量方法，所述將雷射光斑落在相平面的點(X』，Y』)向三維空間進行坐標轉換得到點(X，Y，Z)的坐標轉換模型的建立包括相平面坐標系V O』 Y』的建立與三維坐標系中XOY平面平行，且三維坐標系原點O穿過攝像機光軸所在位置。
4.根據權利要求3所述的坐標轉換模型的建立包括雷射源A的位置位於攝像機光軸的下方。
5.根據權利要求3所述的坐標轉換模型的建立包括雷射源發射所形成的雷射平面恰好與水平面平行，且上述雷射源A射出的光平面與COMS平面所成夾角Θ角度可測。
6.根據權利要求I所述一種基於光學相似三角形法的立木胸徑測量方法，其特徵在於，步驟三中所述對所得三維空間點(X，Y，Z)進行處理，包括對三維空間點(X，Y，Z)中異常點的判斷以及對滿足坐標轉換及圓擬合要求的點進行篩選。
7.根據權利要求I所述一種基於光學相似三角形法的立木胸徑測量方法，其特徵在於，步驟三中上述處理後的三維空間點(X，Y，Z)，向水平方向進行投影得點(XS，YS)，包括將三維空間點所在坐標平面向水平面投影，所述水平面與三維空間點所在坐標平面之間的夾角為90° -Θ ;所述投影所得點(XS，YS)與三維空間點中的(X，Y)之間存在如關係 X投=X Y投=Y*cos(90° -Θ)。
8.根據權利要求I所述一種基於光學相似三角形法的立木胸徑測量方法，其特徵在於，採用最小二乘圓擬合方法對點(xft，Yft)進行圓擬合包括以下步驟(如下原理推導式中採用X，Y來表達Xft，Y投) 令
全文摘要
本發明提供了一種基於光學相似三角形法的立木胸徑測量方法，所述方法涉及林木測量，所述方法包括利用一臺相機及雷射器構建立木胸徑測量系統；利用上述相機對被測立木進行拍照以獲取立木圖像；對拍攝的立木圖像進行預處理後，得到所述雷射光斑落在相平面的點(X』，Y』)；根據光學相似三角形原理，將上述雷射光斑落在相平面的點(X』，Y』)向三維空間進行坐標轉換得到點(X，Y，Z)；對上述所得點(X，Y，Z)進行處理後，向水平方向進行投影得點(X投，Y投)；採用最小二乘圓擬合方法對點(X投，Y投)進行圓擬合，擬合後所得圓半徑參數即為被測立木的胸徑大小。本發明所述基於光學相似三角形法的立木胸徑測量方法具有算法實現簡單，無接觸快速測量立木胸徑的優點。
文檔編號G01B11/08GK102927921SQ20121045196
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月13日 優先權日2012年11月13日
發明者王典, 王建利, 李婷, 劉晉浩 申請人:北京林業大學