CN103196382A - 基于激光测距和图像技术的立木测径装置 - Google Patents

基于激光测距和图像技术的立木测径装置 Download PDF

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程朋乐
于文华
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本发明公开了一种基于激光测距和图像技术的立木测径装置。激光测距仪通过数据线与基于安卓系统的手机相连接，基于安卓系统的手机上装有定焦镜头。基于安卓系统的手机在拍照同时激光测距仪将测量到的手机与立木之间的距离值u传输给手机。根据标定的函数和测量到的距离以及立木直径在图像上所占的像素数计算出立木的实际直径。本发明装置能够快速检测出立木树干的直径值。

Description

基于激光测距和图像技术的立木测径装置
技术领域
本发明属于机器视觉技术和树木检测技术领域，具体涉及一种基于激光测距和图像技术的立木测径装置。
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，树径的测量是一项非常重要的内容。国际上通常认为树干4.5英尺(约1.37m)高处的直径最接近树木的真实直径值，国内在测量单株立木直径时，大多是靠操作人员的经验估计出1.3m的位置，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。采用机器视觉的方法进行树径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。
华中科技大学机械学院提出用测量标尺对相机进行标定，进行测量的方法(宋小春，康宜华等，基于数字图像处理的林木自动测量系统研究，计算机工程与设计，2005，26(5)：1187-1189.)，这种方法的不足之处是测量每棵树时均需要在被测量的树干处放置标尺，效率比较低，而且山区一些无法靠近的树木以及树木高处的侧干处无法放置标尺，无法测量。在照相时，被测树木和相机之间的距离不同时，放大倍率也不同。这种方法不能保证树干与标尺在同一个平面上，这样标尺和树干在相机成像时的放大倍数不同，容易产生测量误差。
北京林业大学资源与环境学院提出一种近景普通树码相机测树方法(冯仲科，姚山，近景普通数码相机测树方法，中国专利：200610145564.X，2007-8-22.)，这种方法在每次测量时需要选取照相机视场内至少5个明显标志，用额外的测量设备测量其中心三维坐标，然后通过插值建立起空间坐标和图像坐标之间的关系。这种方法的不足之处是需要借助其它测量工具测量空间点的三维坐标，数据处理量大，测量效率低。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于激光测距和图像技术的立木测径装置，该装置能够快速对树干图像进行采集、处理和传输，能够准确地检测出树木的真实直径值。
本发明公布的基于激光测距和图像技术的立木测径装置，其特征在于：激光测距仪(1)通过数据线(2)与基于安卓系统的手机(3)相连接，基于安卓系统的手机(3)上装有定焦镜头(4)；基于安卓系统的手机(3)在拍照同时激光测距仪(1)将测量到的手机(3)与立木之间的距离值u传输给手机(3)。
本装置使用之前要进行标定，标定过程为，在标杆上放置一直径为d的圆形标靶，标靶在手机(3)上成像所占像素数为n；在距离标靶0-3m的范围内每隔5cm的距离上照一次像，第m次照相时标靶和手机(3)的距离为um，并且标靶在图像上所占的像素数为nm，则此次照相的放大倍数
Figure BSA00000882134400021
所以每一次照相的距离u都对应一个唯一的放大倍数k，通过仿真建立60次照相的放大倍数和距离的函数关系：k＝f(u)。测量树径时，拍照得到的照片中的树径所占的像素数为n1，激光测距仪(1)测量到的手机(3)与立木之间的距离值u1，将u1代入函数式k＝f(u)，得到此时的放大倍数k1，则被测立木直径为D1＝k1*n1。
本发明装置利用定焦镜头进行拍照，定焦镜头在物距u一定时，照相的放大倍数相同。
本发明装置能够迅速采集树干图像，并能快速测量出树干的直径，对检测结果进行存储。本发明装置利用编制的测量软件基于手机进行测量，无需专业设备，便于携带和使用。
附图说明
图1为定焦镜头在CCD传感器上成像的原理图；
图2为基于激光测距和图像技术的立木测径装置进行测量的原理图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1、2所示，本发明装置的结构以及检测过程为：
如图1所示，本发明装置利用定焦镜头进行拍照，定焦镜头在物距u相同时，照相的放大倍数相同。本发明采用手机进行拍照，为了保证测量精度，手机距离被测立木的距离不超过3m。
激光测距仪(1)通过数据线(2)与基于安卓系统的手机(3)相连接，基于安卓系统的手机(3)上装有定焦镜头(4)；基于安卓系统的手机(3)在拍照同时激光测距仪(1)将测量到的手机(3)与立木之间的距离值u传输给手机(3)。
本装置使用之前要进行标定，标定过程为，在标杆上放置一直径为d的圆形标靶，标靶在手机(3)上成像所占像素数为n；在距离标靶0-3m的范围内每隔5cm的距离上照一次像，第m次照相时标靶和手机(3)的距离为um，并且标靶在图像上所占的像素数为nm，则此次照相的放大倍数所以每一次照相的距离u都对应一个唯一的放大倍数k，通过仿真建立60次照相的放大倍数和距离的函数关系：k＝f(u)。测量树径时，拍照得到的照片中的树径所占的像素数为n1，激光测距仪(1)测量到的手机(3)与立木之间的距离值u1，将u1代入函数式k＝f(u)，得到此时的放大倍数k1，则被测立木直径为D1＝k1*n1。

Claims (3)

1.一种基于激光测距和图像技术的立木测径装置，其特征在于：
激光测距仪(1)通过数据线(2)与基于安卓系统的手机(3)相连接，基于安卓系统的手机(3)上装有定焦镜头(4)；基于安卓系统的手机(3)在拍照同时激光测距仪(1)将测量到的手机(3)与立木之间的距离值u传输给手机(3)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：本装置使用之前要进行标定，标定过程为，在标杆上放置一直径为d的圆形标靶，标靶在手机(3)上成像所占像素数为n；在距离标靶0-3m的范围内每隔5cm的距离上照一次像，第m次照相时标靶和手机(3)的距离为um，并且标靶在图像上所占的像素数为nm，则此次照相的放大倍数
Figure FSA00000882134300011
所以每一次照相的距离u都对应一个唯一的放大倍数k，通过仿真建立60次照相的放大倍数和距离的函数关系：k＝f(u)。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于：测量树径时，拍照得到的照片中的树径所占的像素数为n1，激光测距仪(1)测量到的手机(3)与立木之间的距离值u1，将u1代入函数式k＝f(u)，得到此时的放大倍数k1，则被测立木直径为D1＝k1*n1。
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