CN102901454A - 基于信息融合技术的立木综合检测技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于信息融合技术的立木综合检测技术，激光光束经过准直扩束后照射到需要测量树径的树干上，用数码相机拍摄激光光斑所在位置树干的图像，根据激光光斑的实际尺寸和图像上的像素数测量树干的直径，根据光斑长径和短径的像素数测量激光光束与树干的夹角，进而测量出树干的高度。

Description

基于信息融合技术的立木综合检测技术

技术领域

本发明属于机器视觉技术和树木检测技术领域，具体涉及一种利用激光和机器视觉技术对立木进行综合检测的技术。 

背景技术

机器视觉是一项集合了数字图像处理、机械、控制、光学、计算机等技术的综合技术。机器视觉系统可以实现对目标进行无接触检测，可以快速获取大量信息，而且易于自动处理，因此，机器视觉技术作为一种重要的检测技术已经引起人们的重视，并在检测领域得到了越来越广泛的应用。 

在森林资源调查中，树径和树高的测量是非常重要的内容。国内在测量单株立木直径时，大多是靠操作人员用卷尺测量树木的周长，然后计算出树木的直径值，或采用按圆周长等于π倍直径关系和卷尺一样在尺上刻画刻度的测径围尺来直接读取树木的直径值，作业过程需要人工读取、记录测量数据以及对数据进行处理，测量速度慢，劳动强度大，而且不便于对数据的统计和管理。在进行树高测量时通常采用经纬仪进行测量，调试非常繁琐。采用机器视觉的方法进行立木的非接触测量能够弥补传统测量方法的不足，目前已经越来越受到重视。 

北京林业大学工学院提出一种基于图像的树径检测方法(程朋乐，李晓慧，基于图像的树径检测方法，中国专利：201010503306.0，2012-01-25.)，这种方法利用激光的定向性好，发散角极小的特点将激光光束准直扩束后照射到立木直径上，利用照射到立木上的光斑作为图像检测的标尺，对立木直径进行检测，这种方法不需放置标尺，检测效率高。但是，实际测量中不能保证激光光束与树干一定垂直，如果激光光束与树干不垂直，激光照射在树干上实际是一个椭圆形的光斑，这种情况下将光斑作为圆形处理，检测出的立木直径就会产生很大的误差，造成这种检测方法失效。 

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供基于信息融合技术的立 木综合检测技术，该技术能够准确地检测出树木的真实直径值和树干高度值。 

本发明提供的基于信息融合技术的立木综合检测技术，激光光束经过准直扩束后照射到需要测量树径的树干上，用数码相机拍摄激光光斑所在位置树干的图像，根据激光光斑在图像中的像素数测量树径，该方法按以下步骤进行， 

(1)激光器发射的光束经过准直扩束后直径为d₁mm的光束照射到需要测量树径的树干上， 

(2)用数码相机拍摄激光光斑所在位置树干的图像， 

(3)由于所测树径高于或低于激光发射器所在位置，激光光斑在树干上的形状为椭圆形， 

(4)所拍摄的数字图像上激光光斑长径沿树干高度方向上所占的像素数为n₁，激光光斑短径沿树干直径方向所占的像素数为n₂，树干沿直径方向上所占像素数为n₃， 

(5)计算所需测量的树干直径d 

$d=\frac{d_1}{n_2}\·n_3\mathrm{mm}.$

用激光光束照射到树干的顶端，照射在树干顶端的椭圆形光斑长轴沿树干高度方向在数码照片中所占的像素数为N₁，椭圆形光斑短轴沿树径方向在数码照片中所占的像素数为N；旋转激光发射器，照射树干底部树干，照射在树干底部的椭圆形光斑长轴沿树干高度方向在数码照片中所占的像素数为N₂，椭圆形光斑短轴沿树径方向在数码照片中所占的像素数同样为N；激光发射器距离树干的距离为D m，则树干高H 

$H=\frac{D}{N}(\sqrt{{N_1}^2-N^2}+\sqrt{{N_2}^2-N^2})m.$

具体实施方式

本发明提供的基于信息融合技术的立木综合检测技术，激光光束经过准直扩束后照射到需要测量树径的树干上，由于激光光束与树干不垂直，激光光束在树干上照射出椭圆形光斑，用数码相机拍摄激光光斑所在位置树干的图像。激光光束的实际直径为d₁mm，激光光束照射在所需测量的树干位置，用数码相机拍摄激光光斑所在位置树干的图像，所拍摄的数字图像上激光光斑长径沿树干 高度方向上所占的像素数为n₁，激光光斑短径沿树干直径方向所占的像素数为n₂，树干沿直径方向上所占像素数为门₃，需测量的树干直径 

用激光光束照射到树干的顶端，照射在树干顶端的椭圆形光斑长轴沿树干高度方向在数码照片中所占的像素数为N₁，椭圆形光斑短轴沿树径方向在数码照片中所占的像素数为N；旋转激光发射器，照射树干底部树干，照射在树干底部的椭圆形光斑长轴沿树干高度方向在数码照片中所占的像素数为N₂，由于两次照射中激光光束在同一个平面内，所以椭圆形光斑短轴沿树径方向在数码照片中所占的像素数同样为N；激光发射器距离树干的距离为D m。照射在树干顶端的激光光束与树干的夹角为α，则 

照射在树干底部的激光光束与树干的夹角为β，则 

则树干高 $H=\frac{D}{\mathrm{tg\α}}+\frac{D}{\mathrm{tg\β}}=\frac{D}{N}(\sqrt{{N_1}^2-N^2}+\sqrt{{N_2}^2-N^2})m.$

Claims (2)

1.基于信息融合技术的立木综合检测技术，激光光束经过准直扩束后照射到需要测量树径的树干上，用数码相机拍摄激光光斑所在位置树干的图像，根据激光光斑在图像中的像素数测量树径，其特征在于，该方法按以下步骤进行，

(1)激光器发射的光束经过准直扩束后直径为d₁mm的光束照射到需要测量树径的树干上，

(2)用数码相机拍摄激光光斑所在位置树干的图像，

(3)由于所测树径高于或低于激光发射器所在位置，激光光斑在树干上的形状为椭圆形，

(4)所拍摄的数字图像上激光光斑长径沿树干高度方向上所占的像素数为n₁，激光光斑短径沿树干直径方向所占的像素数为n₂，树干沿直径方向上所占像素数为n₃，

(5)计算所需测量的树干直径d

2.如权利要求1所述的基于信息融合技术的立木综合检测技术，其特征在于，用激光光束照射到树干的顶端，照射在树干顶端的椭圆形光斑长轴沿树干高度方向在数码照片中所占的像素数为N₁，椭圆形光斑短轴沿树径方向在数码照片中所占的像素数为N；旋转激光发射器，照射树干底部树干，照射在树干底部的椭圆形光斑长轴沿树干高度方向在数码照片中所占的像素数为N₂，椭圆形光斑短轴沿树径方向在数码照片中所占的像素数同样为N；激光发射器距离树干的距离为D m，则树干高H