CN105513078A - 基于图像的立木信息采集方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种基于图像的立木信息采集方法和装置，其中的方法包括：获取摄像头的标定参数，所述标定参数为：世界坐标系与图像坐标系之间的坐标变换参数；获取基于标定参数而拍摄的包含有被测立木的图像；计量所述图像中的被测立木的被测参数所对应的像素数量；根据被测参数所对应的像素数量、基于所述标定参数而拍摄的图像中的参照物所对应的像素数量以及基于所述标定参数反算出的所述参照物在世界坐标系中的坐标计算被测立木的被测参数。本发明提供的上述技术方案有效的提高了立木信息采集的便捷性和信息采集效率，并在较大程度上降低了立木信息采集的实现成本。

Description

基于图像的立木信息采集方法和装置

技术领域

本发明涉及林业技术领域，特别是涉及一种基于图像的立木信息采集方法和基于图像的立木信息采集装置。

背景技术

立木信息主要包括：立木树高以及立木胸径等。采集立木信息是森林资源调查与作业设计的重要内容之一，且采集的立木信息的准确性将直接影响森林资源调查的质量以及林木生长状况的分析结果。

传统的立木信息的采集方法为：使用布鲁莱斯测高器等测量工具测量立木树高，使用围尺或轮尺等测量工具测量立木胸径。

随着技术的不断发展，全站仪、经纬仪以及GPS等专业性较强的精密仪器逐渐应用与立木信息采集过程中。

发明人在实现本发明过程中发现，传统的立木信息的采集方法由于其测量工具主要采用了光学和机械原理，因此，信息采集对观测环境有一定的要求，如在观测环境不够开阔，树干相互遮挡的场景中，信息采集存在一定的难度；另外，该信息采集方法由于需要人工估计测量胸径的立木位置、人工读取测量数据以及人工记录测量数据等操作，而使信息采集效率以及信息采集精度较低；而利用专业性较强的精密仪器进行信息采集，则存在信息采集的设备成本较高、需要专业人士操作以及设备的适用范围有限且不便于携带等问题。

有鉴于现有的立木信息采集方式存在的问题，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，以期创设一种基于图像的立木信息采集方法和装置，能够解决现有的立木信息采集方式所存在的问题，使其更具有实用性。经过不断的研究设计，并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于，克服现有的立木信息采集方式存在的技术问题，而提供一种基于图像的立木信息采集方法和装置，所要解决的技术问题是，提高立木信息采集的便捷性和信息采集效率，并降低立木信息采集的实现成本。

本发明的目的以及解决其技术问题可以采用以下的技术方案来实现。

依据本发明提出的一种基于图像的立木信息采集方法，该方法主要包括：获取摄像头的标定参数，所述标定参数为：世界坐标系与图像坐标系之间的坐标变换参数；获取基于所述标定参数而拍摄的包含有被测立木的图像；计量所述图像中的被测立木的被测参数所对应的像素数量；根据被测参数所对应的像素数量、基于所述标定参数而拍摄的图像中的参照物所对应的像素数量以及基于所述标定参数反算出的所述参照物在世界坐标系中的坐标计算被测立木的被测参数。

依据本发明提出的一种基于图像的立木信息采集装置，该装置主要包括：标定参数模块，适于获取摄像头的标定参数，所述标定参数为：世界坐标系与图像坐标系之间的坐标变换参数；图像获取模块，适于获取基于所述标定参数而拍摄的包含有被测立木的图像；像素计量模块，适于计量所述图像中的被测立木的被测参数所对应的像素数量；参数计算模块，适于根据基于所述标定参数而拍摄的图像中的参照物所对应的像素数量以及基于所述标定参数反算出的图像中的参照物在世界坐标系中的坐标计算被测立木的被测参数。

借由上述技术方案，本发明的基于图像的立木信息采集方法和装置至少具有下列优点及有益效果：本发明通过利用基于相同标定参数而拍摄的图像中的参照物所对应的像素数量和被测立木所对应的像素数量，可以获知被测立木的被测参数与参照物长度之间的比值；通过利用上述标定参数可以对参照物在图像坐标系中的坐标进行反算以获得其在世界坐标系中的坐标，从而可以计量出得参照物在世界坐标系中的长度，进而使本发明可以利用参照物的长度以及上述比值计算出被测立木的被测参数；由上述描述可知，本实施例只需获得利用数码相机或者平板电脑或者移动电话等具有摄像功能的电子设备对被测立木进行拍摄，并利用具有图像处理功能以及数据处理功能的智能电子设备(如计算机或者平板电脑或者智能移动电话等)对拍摄的图像进行计算处理即可实现立木信息的采集，因此，本实施例完全可以利用智能移动电话或者平板电脑或者数码相机等普及率高且便携的智能移动电子设备获得包含有被测立木的图像，本发明在拍摄了被测立木的图像之后，通过后期集中对图像进行处理可以实现立木信息的批量采集，从而本发明有效避免了使用专业性的精密仪器进行立木信息采集所带来的设备成本较高、需要专业人士操作、设备的适用范围有限且不便于携带以及信息采集效率低等现象；由此可知，本发明提供的技术方案有效的提高了立木信息采集的便捷性和信息采集效率，并在较大程度上降低了立木信息采集的实现成本。

综上所述，本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极技术效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳的实施例，详细说明如下。

附图说明

图1是本发明实施例一的基于图像的立木信息采集方法的流程图；

图2是本发明实施例一的计算被测立木的被测参数的原理示意图；

图3是本发明实施例二的立木信息采集装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例的基于图像的立木信息采集方法以及立木信息采集装置分别进行详细说明。

实施例一、基于图像的立木信息采集方法。下面结合图1-2对本实施例的基于图像的立木信息采集方法进行详细说明。

图1为本实施例的基于图像的立木信息采集方法的流程图，且图1所示的方法主要包括：步骤S100、步骤S110、步骤S120以及步骤130。图1所示出的方法通常可以在具有图像处理功能以及数据处理功能的智能电子设备中执行；优选的，本实施例所记载的方法可以在台式计算机或者笔记本电脑或者智能移动电话(如基于Android或者iOS等操作系统的智能移动电话)或者平板电脑(如基于Android或者iOS等操作系统的平板电脑)或者服务器中执行，本实施例不限制智能电子设备的具体表现形式。

本实施例的方法可以表现为设置于智能电子设备中的APP(应用)或者应用程序的形式，从而信息采集者通过启动其智能电子设备中安装的APP或者应用程序，即可使本实施例的方法所包含的各步骤得以执行，从而实现立木信息的采集。

S100、获取摄像头的标定参数。

具体的，本实施例中的标定参数是指世界坐标系与图像坐标系(如计算机图像坐标系，下述以计算机图像坐标系为例进行描述)之间的坐标变换参数；也就是说，本实施例中的标定参数是指在将世界坐标系中的坐标转换为计算机图像坐标系中的坐标的过程中所需要的参数。

本实施例中的标定参数可以被划分为外参数和内参数两部分，其中的外参数是指世界坐标系与摄像头坐标系之间的坐标变换参数(即在将世界坐标系中的坐标转换为摄像头坐标系中的坐标的过程中所需要的参数)；其中的内参数是指摄像头坐标系与计算机图像坐标系之间的坐标变换参数(即在将摄像头坐标系中的坐标转换为计算机图像坐标系中的坐标的过程中所需要的参数)。

本实施例共涉及五种类型的坐标系，其分别为：计算机图像坐标系O_f-X_fY_f(即O_f为原点，X_f表示X轴上的坐标，Y_f表示Y轴上的坐标，为二维坐标系)、理想的图像物理坐标系O_i-X_uY_u(即O_i为原点，X_u表示X轴上的坐标，Y_u表示Y轴上的坐标，为二维坐标系)、实际的图像物理坐标系O_i-X_dY_d(即O_i为原点，X_d表示X轴上的坐标，且Y_d表示Y轴上的坐标，为二维坐标系)、摄像头坐标系O_c-xyz(即O_c为原点，x表示X轴上的坐标，y表示Y轴上的坐标，z表示Z轴上的坐标，为三维坐标系)以及世界坐标系O_w-x_wy_wz_w(即O_w为原点，x_w表示X轴上的坐标，y_w表示Y轴上的坐标，z_w表示Z轴上的坐标，为三维坐标系)。

本实施例中的世界坐标系与计算机图像坐标系之间的坐标变换过程包括如下步骤：

步骤一、三维世界坐标系中的坐标(x_w，y_w，z_w)到三维摄像头坐标系中的坐标(x，y，z)的刚体变换，该刚体变换可以表示为下述公式(1)的形式：

$\left[\begin{array}{c}x\\ y\\ z\end{array}\right]=R\left[\begin{array}{c}{x}_w\\ y_w\\ z_w\end{array}\right]+T=\left[\begin{array}{ccc}{r}_1& r_2& r_3\\ r_4& r_5& r_6\\ r_7& r_8& r_9\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{x}_w\\ y_w\\ z_w\end{array}\right]+\left[\begin{array}{c}{T}_x\\ T_y\\ T_z\end{array}\right]$ 公式(1)

在上述公式(1)中，(x，y，z)为三维摄像头坐标系中的坐标，R是将世界坐标系转换成与摄像头坐标系一致的姿态时，世界坐标系绕其原点进行旋转的矩阵，且 $R=\left[\begin{array}{ccc}{r}_1& r_2& r_3\\ r_4& r_5& r_6\\ r_7& r_8& r_9\end{array}\right],$ (x_w，y_w，z_w)为三维世界坐标系中的坐标， $T=\left[\begin{array}{c}{T}_x\\ T_y\\ T_z\end{array}\right],$ 且T表示三维世界坐标系中的原点O_w在三维摄像头坐标系中的坐标(即T是将三维世界坐标系中的原点O_w平移到三维摄像头坐标系中的原点O_c时的三维平移向量)。

在步骤一中，需要标定的参数为R和T。

步骤二、三维摄像头坐标系中的坐标(x，y，z)到理想的图像物理坐标系中的坐标(X_u，Y_u)的变换，该变换可以表示为下述公式(2)的形式：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_u=fx/z\\ Y_u=fy/z\end{array}\right.$ 公式(2)

在上述公式(2)中，(X_u，Y_u)为理想的图像物理坐标系中的坐标，(x，y，z)为三维摄像头坐标系中的坐标，f为摄像头的拍摄焦距。

在步骤二中，需要标定的参数为摄像头的拍摄焦距f。

步骤三、理想的图像物理坐标系中的坐标(X_u，Y_u)到实际的图像物理坐标系中的坐标(X_d，Y_d)的变换，该变换可以表示为下述公式(3)的形式：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_d+D_x=X_u\\ Y_d+D_y=Y_u\end{array}\right.$ 公式(3)

在上述公式(3)中，(X_d，Y_d)为实际的图像物理坐标系中的坐标，(D_x，D_y)表示径向畸变，且(D_x，D_y)可表示为下述公式(4)的形式，(X_u，Y_u)为理想的图像物理坐标系中的坐标。

$\left\{\begin{array}{c}{D}_x=X_d(k_1{r}^2+k_2{r}^4+k_3{r}^6+...)\\ D_y=Y_d(k_1{r}^2+k_2{r}^4+k_3{r}^6+...)\end{array}\right.$ 公式(4)

在上述公式(4)中，(X_d，Y_d)为实际的图像物理坐标系中的坐标，k₁、k₂以及k₃是不同的径向畸变系数，r²＝X_d ²+Y_d ²。

本实施例中的径向畸变通常有无穷级数，由于在采集被测立木的被测参数的过程中，镜头径向畸变对被测参数的影响较大，而其它径向畸变对采集被测立木的被测参数影响甚微，因此，其他径向畸变可以在本实施例中忽略不计；从而本实施可以仅考虑镜头径向畸变系数k₁，其他径向畸变系数(如k₂以及k₃等)由于可以忽略而不引入到本实施例中。

在步骤三中，需要标定的参数为径向畸变系数k₁。

步骤四、实际的图像物理坐标系中的坐标(X_d，Y_d)到计算机图像坐标系中的坐标(X_f，Y_f)的变换，该变换可以表示为下述公式(5)的形式：

$\left\{\begin{array}{c}{X}_f=s_x{d_x}^{\′-1}{X}_d+C_x\\ Y_f={d_y}^{-1}{Y}_d+C_y\end{array}\right.$ 公式(5)

在上述公式(5)中，(X_f，Y_f)为计算机图像坐标系中的坐标，(X_d，Y_d)为实际的图像物理坐标系中的坐标，s_x表示图像的水平比例因子，d_x和d_y表示在X方向和Y方向上该摄像头的相邻图像传感器之间的中心距离，且d_x’＝d_x×N_cx/N_fx，N_cx表示该摄像头在X方向上设置的图像传感器的数量，N_fx表示图像中的一行所包含的像素数量，针对基于固定的离散阵列形式的摄像头(如CCD、CID及MOS等)而言，N_cx和N_fx可以设置为1，C_x和C_y表示存储图像的帧存储器中心的像素列数和行数(即图像中心点的位置)，如计算机中的帧存储器中心的像素列数和行数。

在步骤四中，需要标定的参数为图像的水平比例因子s_x，由于在帧存储器中，d_x’＝s_x×d_x，因此，s_x可以使用s_x＝N_cx/N_fx来进行估算。

由上述步骤二至步骤四可知，计算机图像坐标系中的坐标(X_f，Y_f)和三维摄像头坐标系中的坐标(x，y，z)之间的变换关系可以表示为下述公式(6)的形式：

$\left\{\begin{array}{c}{s_x}^{-1}{d_x}^{\′}(X_f-C_x)+{s_x}^{-1}{d_x}^{\′}(X_f-X_c)k_1{r}^2=fx/z\\ d_y(Y_f-C_y)+d_y(Y_f-C_y)k_1{r}^2=fy/z\end{array}\right.$ 公式(6)

由于 $r=\sqrt{{\left({s_x}^{-1}{d_x}^{\′}\right(X_f-C_x\left)\right)}^2+{\left(d_y\right(Y_f-C_y\left)\right)}^2},$ 因此，将上述r和公式(6)与上述公式(1)结合可以获得下述公式(7)的形式：

$\left\{\begin{array}{c}{s_x}^{-1}{d_x}^{\′}(X_f-C_x)+{s_x}^{-1}{d_x}^{\′}(X_f-C_x)k_1{r}^2=f\frac{r_1{x}_w+r_2{y}_w+r_3{z}_w+T_x}{r_7{x}_w+r_8{y}_w+r_9{z}_w+T_z}\\ d_y(Y_f-C_y)+d_y(Y_f-C_y)k_1{r}^2=f\frac{r_4{x}_w+r_5{y}_w+r_6{z}_w+T_y}{r_7{x}_w+r_8{y}_w+r_9{z}_w+T_z}\end{array}\right.$ 公式(7)

由上述公式(7)可知，本实施例需要标定的外参数包括：世界坐标系绕其原点进行旋转的矩阵 $R=\left[\begin{array}{ccc}{r}_1& r_2& r_3\\ r_4& r_5& r_6\\ r_7& r_8& r_9\end{array}\right]$ 以及世界坐标系的原点平移到摄像头坐标系的原点的平移向量 $T=\left[\begin{array}{c}{T}_x\\ T_y\\ T_z\end{array}\right];$ 其中，在世界坐标系绕其原点进行旋转的旋转角使用欧拉角A_x、A_y和A_z来表示的情况下，则 $R=\left[\begin{array}{ccc}{r}_1& r_2& r_3\\ r_4& r_5& r_6\\ r_7& r_8& r_9\end{array}\right]$ 可以使用旋转角的三角函数组合来表示。

由上述公式(7)可知，本实施例需要标定的参数主要包括：镜头径向畸变系数k₁、拍摄焦距f、图像的水平比例因子s_x以及存储图像的帧存储器中心的像素列数和行数(C_x，C_y)。上述公式(7)中的在X方向和Y方向上该摄像头的相邻图像传感器之间的中心距离(d_x，d_y)通常可以根据摄像头的生产商或者销售商提供的参数指标计算出来。

在标定参数过程中，可以首先利用径向排列约束来求解旋转矩阵R、平移向量T的两个分量T_x和T_y以及图像的水平比例因子s_x；然后，再求解拍摄焦距f、平移向量T中的在z方向上的分量T_z以及镜头径向畸变系数k₁。

本实施例在经过上述四个步骤的坐标系变换之后，可以成功建立三维世界坐标系中的坐标与计算机图像坐标系中的坐标之间的对应关系。本实施例可以预先设置标定板，并在标定板中标示出多个目标点，在距离标定板一定距离处对该标定板进行拍摄，从而获得包含有标定板的图像；本实施例可以通过测量等方式获取标定板上的各目标点在世界坐标系中的坐标以及各目标点在计算机图像坐标系中的坐标，然后，利用获得的各坐标对上述公式进行求解就可以获得拍摄标定板的摄像头(如数码相机或者具有拍摄功能的电话或者平板电脑等)的标定参数。本实施例不对求解获得标定参数的过程进行详细说明。

需要特别说明的是，在利用摄像头(如数码相机等)对标定板进行拍摄时，可以记录该摄像头距离标定板的拍摄距离以及摄像头所采用的拍摄焦距，并在对被测立木进行拍摄时，可以采用相同的拍摄距离以及拍摄焦距进行拍摄，这样，一次标定获得的参数可以用于对多张图像中的被测立木的被测参数的计算过程。当然，本实施例也不排除在拍摄被测立木的图像的过程中，由于拍摄距离和/或者拍摄焦距发生了变化，而需要重新获得相应的标定参数的情况。

S110、获取基于上述标定参数而拍摄的包含有被测立木的图像。

具体的，在包含有被测立木的图像是利用数码相机拍摄而获得的情况下，本实施例可以通过读取数码相机中的照片获取包含有被测立木的图像。

本实施例在对被测立木进行拍摄时，通常可以不在被测立木处设置标定板，因此，对被测立木进行拍摄所采用的拍摄距离以及拍摄焦距通常应与对标定板进行拍摄时所采用的拍摄距离以及拍摄焦距相同。

本实施例可以通过智能移动电子设备中安装的多种距离测量应用程序来保证摄像头与被测立木之间的拍摄距离与标定参数过程中的拍摄距离相同；本实施例也可以通过脚步丈量等方式来保证摄像头与被测立木之间的拍摄距离与标定参数过程中的拍摄距离相同。

在仅需要获得一棵被测立木的被测参数的情况下，本实施例可以在拍摄该被测立木的图像时，使摄像头与该被测立木的拍摄距离与标定参数过程中摄像头与标定板的拍摄距离相同，并使用标定参数过程中拍摄标定板的拍摄焦距。

在需要获得在水平方向上排列成一排的被测立木各自的被测参数的情况下，本实施例可以在拍摄排列成一排的被测立木的图像时，使摄像头与位于中间的被测立木的拍摄距离与标定参数过程中摄像头与标定板的拍摄距离相同，并使用标定参数过程中拍摄标定板的拍摄焦距。

在需要获得排列杂乱无序的多棵被测立木(即没有在水平方向上排列成一排的多棵被测立木)各自的被测参数的情况下，本实施例可以在拍摄排列无序的多棵被测立木的图像时，使摄像头与最近的被测立木的拍摄距离与标定参数过程中摄像头与标定板的拍摄距离相同，并使用标定参数过程中拍摄标定板的拍摄焦距。

S120、计量上述获取的图像中的被测立木的被测参数所对应的像素数量。

具体的，本实施例中的被测立木的被测参数可以具体为被测立木的高度，也可以具体为被测立木的胸径。需要说明的是，本实施例在计算被测立木的高度时所使用的标定参数通常会与计算被测立木的胸径时所使用的标定参数不相同；例如，本实施例在为计算图像中的被测立木的高度而设置标定参数时，摄像头与标定板之间的拍摄距离通常会比较远；本实施例在为计算图像中的一棵被测立木的胸径而设置标定参数时，摄像头与标定板之间的拍摄距离通常会比较近；而本实施例在为计算图像中的多棵被测立木的胸径而设置标定参数时，摄像头与标定板之间的拍摄距离通常会介于前述两个拍摄距离之间。

本实施例在通过目标点在世界坐标系中的坐标、目标点在图像坐标系中的坐标以及世界坐标系中的坐标与图像坐标系中的坐标之间的对应关系来标定摄像头的内参数以及外参数的过程中，往往默认摄像头成像是均匀的。然而，在实际测量被测立木的高度时，由于被测立木的最低点(如树基处)和被测立木的最高点(如树梢处)几乎分布在图像的上下两端，而标定板通常由于较小而位于图像中的某一小块区域(如图像中心处)，从而使目标点仅可以在较小的区域中选取；如果利用该方式标定出的参数来反算被测立木的最低点和最高点在世界坐标系中的坐标，从而获得被测立木的高度的话，则会产生较大的误差。为了获得较准确的被测参数，本实施例利用像素数量的比例关系来确定被测参数。

本实施例可以通过多种方式计量图像中的被测立木的被测参数所对应的像素数量；如用户可以在图像中设置被测立木的最高点和最低点，从而本实施例可以根据用户的设置获得最高点对应的像素位置以及最低点对应的像素位置，从而利用最高点对应的像素位置以及最低点对应的像素位置计算出被测立木的高度对应的像素数量；再如用户可以在图像中设置被测立木的胸径的最左端和最右端，从而本实施例可以根据用户的设置获得最左端对应的像素位置以及最右端对应的像素位置，从而利用最左端对应的像素位置以及最右端对应的像素位置计算出被测立木的胸径对应的像素数量。本实施例不限制计量图像中的被测立木的被测参数所对应的像素数量的具体实现方式。

S130、根据被测参数所对应的像素数量、基于上述标定参数而拍摄的图像中的参照物所对应的像素数量以及基于上述标定参数反算出的该参照物在世界坐标系中的坐标计算被测立木的被测参数。

具体的，本实施例中的参照物通常为标定板上的参照物(如标定板上的一个方格或者一条线段等)，当然，该参照物也可以为图像中的被测立木上的参照物(如被测立木上的一小段树干或者设置于被测立木上的一个特定标志等)。

本实施例计算被测立木的被测参数的实现原理之一为：参照物所对应的像素数量与反算出的参照物的长度的比值应该与被测参数所对应的像素数量与被测参数的比值相等。该实现原理具体如图2所示。

图2中，M表示图像中的被测立木的高度所对应的像素个数，N表示图像中的参照物(如参照线段)的长度所对应的像素个数，(x，y₁)表示参照物的A点(如最高点)在计算机图像坐标系中的坐标，(x_w1，y_w1)表示参照物的A点在世界坐标系中的坐标，(x，y₂)表示参照物的B点(最低点)在计算机图像坐标系中的坐标，(x_w2，y_w2)表示参数物的B点在世界坐标系中的坐标，(x′，y′₁)表示被测立木的C点(最高点)在计算机图像坐标系中的坐标，(x′，y′₂)表示被测立木的D点(最低点)在计算机图像坐标系中的坐标，H表示被测立木的实际高度(其单位可以为m)，L表示参照线段的实际长度(其单位可以为cm)。

图2所示的内容使如下公式(8)成立：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{H}{H}=\frac{N}{L}\\ M=|y_1^{,}-y_2^{,}|\\ N=|y_1-y_2|\\ L=\sqrt{{(x_{w1}-x_{w2})}^2+{(y_{w1}-y_{w2})}^2}\end{array}\right.$ 公式(8)

将公式(8)进行整理可以获得下述公式(9)：

$H=\frac{\sqrt{{(x_{w1}-x_{w2})}^2+{(y_{w1}-y_{w2})}^2}|y_1^{,}-y_2^{,}|}{|y_1-y_2|}$ 公式(9)

利用上述公式(9)可以计算获得图像中的被测立木的高度，即被测立木在世界坐标系中的高度，也即被测立木的真实高度。

本实施例不仅可以计算出图像中的一棵被测立木的高度，在多棵被测立木整齐的排列成一排的情况下(即多棵被测立木位于同一水平方向，也即多棵被测立木所在的平面与摄像头的像平面平行)，本实施例同样可以利用上述公式(9)计算出图像中的多棵被测立木的高度。经过大量的试验数据证明，本实施例针对图像中的一棵被测立木计算出的高度以及针对图像中的多棵被测立木计算出的高度，其精度完全可以满足林业资源调查中所规定的相关要求。

本实施例利用上述公式(9)可以计算出图像中的被测立木的高度，本实施例还可以利用下述公式(10)计算出图像中的被测立木的胸径：

$M_1=\frac{\sqrt{{(x_{w1}-x_{w2})}^2+{(y_{w1}-y_{w2})}^2}|x_1^{\′}-x_2^{\′}|}{|x_1-x_2|}$ 公式(10)

在上述公式(10)中，M₁为被测立木的胸径，(x_w1，y_w1)表示参照物的最右端在世界坐标系中的坐标，(x_w2，y_w2)表示参照物的最左端在世界坐标系中的坐标，x₁表示参照物的最右端在图像坐标系中的x轴上的坐标，x₂表示参照物的最左端在图像坐标系中的x轴上的坐标，x′₁表示被测立木的最右端在图像坐标系中的x轴上的坐标，x′₂表示被测立木的最左端在图像坐标系中的x轴上的坐标。

在针对一棵被测立木进行近距离拍摄(如针对被测立木的需要进行胸径采集的部位进行近距离拍摄)的情况下，利用上述公式(10)可以计算出图像中的该被测立木的胸径；为提高被测立木的胸径的精确度，本实施例可以针对上述计算出的胸径进行修正，以便于消除在距离拍摄过近的情况下，在标定参数过程中标定板所在平面与立木信息采集过程中被测立木的胸径位置处所在平面之间存在距离(即非共面)而产生的误差被放大的现象；一个具体的例子，本实施例可以采用下述公式(11)对上述公式(10)计算获得的M₁进行修正：

$M=M+\frac{Mm}{2f_1}=M+\frac{{\mathrm{Mnd}}_x}{2f_1}$ 公式(11)

本实施例可以将上述公式(10)计算获得的M₁作为M代入到公式(11)的等式右侧，且公式(11)中的m表示M在图像坐标系中的尺寸，d_x表示在X轴方向上每个像素所表示的长度(如d_x＝0.00337766mm)，n表示m对应的像素数量，f₁为校正后的摄像头的拍摄焦距，即对标定参数中的拍摄焦距f进行校正而获得的优化的拍摄焦距。

本实施例可以利用下述公式(12)对标定参数中的拍摄焦距f进行校正(即对拍摄焦距进行优化)：

$Y=\Σ{\left(\right(M_{2-i}-M_{2d-i})/M_{2d-i})}^2$ 公式(12)

在上述公式(12)中，M_2-i和M_2d-i表示一组样本数据，即第i组样本数据；其中的M_2-i可以表示为下述公式(13)的形式，而M_2d-i为实际测量出的胸径。

$M_{2-i}=M_{2-i}+\frac{M_{2-i}m}{2f}=M_{2-i}+\frac{M_{2-i}{\mathrm{nd}}_x}{2f}$ 公式(13)

在上述公式(13)中，M_2-i表示利用上述公式(10)而计算获得的被测立木的胸径(即上述公式(10)中的M₁)，m表示M_2-i在图像坐标系中的尺寸，d_x表示在X轴方向上每个像素所表示的长度(如d_x＝0.00337766mm)，n表示m对应的像素数量，f为待优化的拍摄焦距，可以将f作为未知数。

本实施例将包含有公式(13)的多组样本数据均代入到上述公式(12)中，通过调整f来使Y最小，本实施例将使Y最小的f确定为校正后的优化的拍照焦距f₁。将校正后的优化的拍照焦距f₁代入到公式(11)中即可对被测立木的胸径进行校正。

本实施例不仅可以计算出图像中的一棵被测立木的胸径，在多棵被测立木整齐的排列成一排的情况下(即多棵被测立木位于同一水平方向，也即多棵被测立木所在的平面与摄像头的像平面平行)，本实施例同样可以利用上述公式(10)计算出图像中的多棵被测立木的胸径。通常情况下，针对排成一排的多棵被测立木的相应部位进行拍摄，其拍摄距离通常远大于针对一棵被测立木的胸径进行拍摄的距离。本实施例可以先利用上述公式(10)针对图像中的每一棵被测立木的胸径进行计算，从而获得各被测立木的胸径。经过大量的试验数据证明，本实施例针对图像中的一棵被测立木计算出的胸径以及针对图像中的多棵被测立木计算出的胸径，其精度完全可以满足林业资源调查中所规定的相关要求。

另外，在多棵被测立木没有在水平方向上排成一排的情况下，本实施例同样可以计算出图像中的多棵被测立木的胸径，具体的，本实施例在针对排列无序的多棵被测立木进行拍摄时，通常会选取距离摄像头最近的一棵被测立木作为主被测立木，其他各棵被测立木通常是位于主被测立木的后方，且应测量出其他各棵被测立木与主被测立木的距离，该距离是指主被测立木所在的物平面与其他各棵被测立木所在的物平面之间的距离(即相互平行的平面之间的垂直距离)；主被测立木通常是被设置在图像的中间位置，且摄像头距离主被测立木的拍摄距离以及摄像头所采用的拍摄焦距与标定参数所对应的拍摄距离和拍摄焦距相同。本实施例可以利用公式(10)计算出主被测立木的胸径，然后，利用下述公式(14)计算图像中的其他各棵被测立木的胸径：

$M_2=\frac{m_{2}d}{f}+\frac{M_1{m}_2}{m_1}=\frac{n_2{d}_{x}d}{f}+\frac{M_1{n}_2}{n_1}$ 公式(14)

在上述公式(14)中，M₁为图像中的主被测立木的胸径，M₂为图像中的其他被测立木的胸径，m₁和m₂表示M₁和M₂在图像坐标系中的尺寸，n₁和n₂表示m₁和m₂分别对应的像素数量；d_x表示在X轴方向上每个像素所表示的长度(如d_x＝0.00337766mm)，d表示主被测立木所在的物平面与另一颗被测立木所在的物平面之间的距离。

由上述描述可知，无论多棵被测立木是否排列整齐，本实施例都可以计算出图像中的多棵被测立木的胸径。经过大量的试验数据证明，本实施例针对图像中的任意一棵被测立木计算出的胸径的精度完全可以满足林业资源调查中所规定的相关要求。

实施例二、基于图像的立木信息采集装置。

图3为本实施例的立木信息采集装置的示意图，且图3所示的立木信息采集装置主要包括：标定参数模块300、图像获取模块310、像素计量模块320以及参数计算模块330。

图3所示出的装置通常可以设置于具有图像处理功能以及数据处理功能的智能电子设备中；优选的，本实施例所记载的装置可以设置于台式计算机、笔记本电脑、服务器、智能移动电话(如基于Android或者iOS等操作系统的智能移动电话)或者平板电脑(如基于Android或者iOS等操作系统的平板电脑)中，本实施例不限制智能移动电子设备的具体表现形式。

本实施例的装置可以表现为设置于智能电子设备中的APP(应用)的形式，从而信息采集者通过启动其智能电子设备中安装的APP，即可使本实施例的装置所包含的各模块执行相应的操作，从而实现立木信息的采集。下面对本实施例的装置所包含各模块分别进行说明。

标定参数模块300主要用于获取摄像头的标定参数。

具体的，标定参数模块300获取的标定参数是指世界坐标系与图像坐标系(如计算机图像坐标系，下述以计算机图像坐标系为例进行描述)之间的坐标变换参数；也就是说，标定参数模块300获取的标定参数是指在将世界坐标系中的坐标转换为计算机图像坐标系中的坐标的过程中所需要的参数。

标定参数模块300获取的标定参数可以被划分为外参数和内参数两部分，其中的外参数是指世界坐标系与摄像头坐标系之间的坐标变换参数(即在将世界坐标系中的坐标转换为摄像头坐标系中的坐标的过程中所需要的参数)；其中的内参数是指摄像头坐标系与计算机图像坐标系之间的坐标变换参数(即在将摄像头坐标系中的坐标转换为计算机图像坐标系中的坐标的过程中所需要的参数)。

本实施例共涉及五种类型的坐标系以及坐标系之间的坐标变换如上述实施例一中的描述，在此不再重复说明。标定参数模块300需要标定的参数主要包括：镜头径向畸变系数k₁、拍摄焦距f、图像的水平比例因子s_x以及存储图像的帧存储器中心的像素列数和行数(C_x，C_y)。另外，标定参数模块300可以根据摄像头生产商或者销售商提供的相应参数计算出在X方向和Y方向上该摄像头的相邻图像传感器之间的中心距离(d_x，d_y)。

在标定参数过程中，标定参数模块300可以首先利用径向排列约束来求解旋转矩阵R、平移向量T的两个分量T_x和T_y以及图像的水平比例因子s_x；然后，标定参数模块300再求解拍摄焦距f、平移向量T中的在z方向上的分量T_z以及镜头径向畸变系数k₁。

标定参数模块300可以利用标定参数成功建立三维世界坐标系中的坐标与计算机图像坐标系中的坐标之间的对应关系。本实施例应向标定参数模块300提供标定板中标示出的各目标点在世界坐标系中的坐标以及各目标点在计算机图像坐标系中的坐标，当然，标定参数模块300也可以根据拍摄的图像以及与用户的交互来自主确定各目标点在计算机图像坐标系中的坐标；然后，标定参数模块300利用获得的各坐标对上述公式进行求解就可以获得拍摄标定板的摄像头(如数码相机或者具有拍摄功能的电话或者平板电脑等)的标定参数。本实施例不对标定参数模块300求解获得标定参数的过程进行详细说明。

需要特别说明的是，在利用摄像头(如数码相机等)对标定板进行拍摄时，可以记录该摄像头距离标定板的拍摄距离以及摄像头所采用的拍摄焦距，并在对被测立木进行拍摄时，可以采用相同的拍摄距离以及拍摄焦距进行拍摄，这样，标定参数模块300一次标定获得的参数可以用于对多张图像中的被测立木的被测参数的计算过程。当然，本实施例也不排除在拍摄被测立木的图像的过程中，由于拍摄距离和/或者拍摄焦距发生了变化，而需要标定参数模块300重新获得相应的标定参数的情况。

图像获取模块310主要用于获取基于标定参数而拍摄的包含有被测立木的图像。

具体的，在包含有被测立木的图像是利用数码相机拍摄而获得的情况下，图像获取模块310可以通过读取数码相机中的照片获取包含有被测立木的图像。

本实施例在对被测立木进行拍摄时，通常可以不在被测立木处设置标定板，因此，对被测立木进行拍摄所采用的拍摄距离以及拍摄焦距通常应与对标定板进行拍摄时所采用的拍摄距离以及拍摄焦距相同。

本实施例可以通过智能移动电子设备中安装的多种距离测量应用程序来保证摄像头与被测立木之间的拍摄距离与标定参数过程中的拍摄距离相同；本实施例也可以通过脚步丈量等方式来保证摄像头与被测立木之间的拍摄距离与标定参数过程中的拍摄距离相同。

在仅需要获得一棵被测立木的被测参数的情况下，本实施例可以在拍摄该被测立木的图像时，使摄像头与该被测立木的拍摄距离与标定参数过程中摄像头与标定板的拍摄距离相同，并使用标定参数过程中拍摄标定板的拍摄焦距。

在需要获得在水平方向上排列成一排的被测立木各自的被测参数的情况下，本实施例可以在拍摄排列成一排的被测立木的图像时，使摄像头与位于中间的被测立木的拍摄距离与标定参数过程中摄像头与标定板的拍摄距离相同，并使用标定参数过程中拍摄标定板的拍摄焦距。

在需要获得排列杂乱无序的多棵被测立木(即没有在水平方向上排列成一排的多棵被测立木)各自的被测参数的情况下，本实施例可以在拍摄排列无序的多棵被测立木的图像时，使摄像头与最近的被测立木的拍摄距离与标定参数过程中摄像头与标定板的拍摄距离相同，并使用标定参数过程中拍摄标定板的拍摄焦距。

像素计量模块320主要用于计量图像中的被测立木的被测参数所对应的像素数量。

具体的，本实施例中的被测立木的被测参数可以具体为被测立木的高度，也可以具体为被测立木的胸径。需要说明的是，本实施例的装置在计算被测立木的高度时所使用的标定参数通常会与计算被测立木的胸径时所使用的标定参数不相同；例如，本实施例的装置在为计算图像中的被测立木的高度而设置标定参数时，摄像头与标定板之间的拍摄距离通常会比较远；本实施例的装置在为计算图像中的一棵被测立木的胸径而设置标定参数时，摄像头与标定板之间的拍摄距离通常会比较近；而本实施例的装置在为计算图像中的多棵被测立木的胸径而设置标定参数时，摄像头与标定板之间的拍摄距离通常会介于前述两个拍摄距离之间。

本实施例的装置在通过目标点在世界坐标系中的坐标、目标点在图像坐标系中的坐标以及世界坐标系中的坐标与图像坐标系中的坐标之间的对应关系来标定摄像头的内参数以及外参数的过程中，往往默认摄像头成像是均匀的。然而，在实际测量被测立木的高度时，由于被测立木的最低点(如树基处)和被测立木的最高点(如树梢处)几乎分布在图像的上下两端，而标定板通常由于较小而位于图像中的某一小块区域(如图像中心位置处)，从而使目标点仅可以在较小的区域中选取；如果利用该方式标定出的参数来反算被测立木的最低点和最高点在世界坐标系中的坐标，从而获得被测立木的高度的话，则会产生较大的误差。为了获得较准确的被测参数，本实施例的装置利用像素数量的比例关系来确定被测参数。

像素计量模块320可以通过多种方式计量图像中的被测立木的被测参数所对应的像素数量；如用户可以在图像中设置被测立木的最高点和最低点，从而像素计量模块320可以根据用户的设置获得最高点对应的像素位置以及最低点对应的像素位置，从而利用最高点对应的像素位置以及最低点对应的像素位置计算出被测立木的高度对应的像素数量；再如用户可以在图像中设置被测立木的胸径的最左端和最右端，从而像素计量模块320可以根据用户的设置获得最左端对应的像素位置以及最右端对应的像素位置，从而利用最左端对应的像素位置以及最右端对应的像素位置计算出被测立木的胸径对应的像素数量。本实施例不限制像素计量模块320计量图像中的被测立木的被测参数所对应的像素数量的具体实现方式。

参数计算模块330主要用于根据基于标定参数而拍摄的图像中的参照物所对应的像素数量以及基于标定参数反算出的图像中的参照物在世界坐标系中的坐标计算被测立木的被测参数。

具体的，本实施例中的参照物通常为标定板上的参照物(如标定板上的一个方格或者一条线段等)，当然，该参照物也可以为图像中的被测立木上的参照物(如被测立木上的一小段树干或者设置于被测立木上的一个特定标志等)。

参数计算模块330计算被测立木的被测参数的实现原理之一为：参照物所对应的像素数量与反算出的参照物的长度的比值应该与被测参数所对应的像素数量与被测参数的比值相等。该实现原理具体如上述实施例一中针对图2的描述，在此不再重复说明。

参数计算模块330可以利用上述公式(9)计算获得图像中的被测立木的高度，即被测立木在世界坐标系中的高度，也即被测立木的真实高度。

参数计算模块330不仅可以计算出图像中的一棵被测立木的高度，在多棵被测立木整齐的排列成一排的情况下(即多棵被测立木位于同一水平方向，也即多棵被测立木所在的平面与摄像头的像平面平行)，参数计算模块330同样可以利用上述公式(9)计算出图像中的多棵被测立木的高度。

经过大量的试验数据证明，参数计算模块330针对图像中的一棵被测立木计算出的高度以及针对图像中的多棵被测立木计算出的高度，其精度完全可以满足林业资源调查中所规定的相关要求。

参数计算模块330还可以利用上述公式(10)计算出图像中的被测立木的胸径。在针对一棵被测立木进行近距离拍摄(如针对被测立木的需要进行胸径采集的部位进行近距离拍摄)的情况下，虽然参数计算模块330利用上述公式(10)可以计算出图像中的该被测立木的胸径；然而为了提高被测立木的胸径的精确度，参数计算模块330还可以针对上述计算出的胸径进行修正，以便于消除在距离拍摄过近的情况下，在标定参数过程中标定板所在平面与立木信息采集过程中被测立木的胸径位置处所在平面之间存在距离(即非共面)而产生的误差被放大的现象；例如参数计算模块330可以采用上述公式(11)对其利用上述公式(10)计算获得的M₁进行修正。

参数计算模块330可以利用上述公式(12)对标定参数中的拍摄焦距f进行校正(即对拍摄焦距进行优化)，具体如上述实施例一中针对公式(13)的描述，在此不再重复说明。

参数计算模块330不仅可以计算出图像中的一棵被测立木的胸径，在多棵被测立木整齐的排列成一排的情况下(即多棵被测立木位于同一水平方向，也即多棵被测立木所在的平面与摄像头的像平面平行)，参数计算模块330同样可以利用上述公式(10)分别计算出图像中的多棵被测立木的胸径。通常情况下，针对在水平方向上排成一排的多棵被测立木的相应部位进行拍摄时，其拍摄距离通常远大于针对一棵被测立木的胸径进行拍摄的距离。参数计算模块330可以利用上述公式(10)针对图像中的每一棵被测立木的胸径进行计算，从而获得各被测立木的胸径。经过大量的试验数据证明，参数计算模块330针对图像中的一棵被测立木计算出的胸径以及针对图像中的多棵被测立木计算出的胸径，其精度完全可以满足林业资源调查中所规定的相关要求。

另外，在多棵被测立木没有在水平方向上排成一排的情况下，参数计算模块330同样可以计算出图像中的多棵被测立木的胸径，具体的，在针对排列无序的多棵被测立木进行拍摄时，通常会选取距离摄像头最近的一棵被测立木作为主被测立木，其他各棵被测立木通常是位于主被测立木的后方，且应测量出其他各棵被测立木与主被测立木的距离，该距离是指主被测立木所在的物平面与其他各棵被测立木所在的物平面之间的距离(即相互平行的平面之间的垂直距离)；主被测立木通常是被设置在图像的中间位置，且摄像头距离主被测立木的拍摄距离以及摄像头所采用的拍摄焦距与标定参数所对应的拍摄距离和拍摄焦距相同。参数计算模块330可以利用上述公式(10)计算出主被测立木的胸径，然后，利用上述公式(14)计算出图像中的其他各棵被测立木的胸径。

由上述描述可知，无论多棵被测立木是否排列整齐，参数计算模块330都可以计算出图像中的多棵被测立木的胸径。另外，经过大量的试验数据证明，参数计算模块330针对图像中的任意一棵被测立木计算出的胸径的精度完全可以满足林业资源调查中所规定的相关要求。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而，上述描述并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或者修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种基于图像的立木信息采集方法，其特征在于，所述方法包括：

获取摄像头的标定参数，所述标定参数为：世界坐标系与图像坐标系之间的坐标变换参数；

获取基于所述标定参数而拍摄的包含有被测立木的图像；

计量所述图像中的被测立木的被测参数所对应的像素数量；

根据被测参数所对应的像素数量、基于所述标定参数而拍摄的图像中的参照物所对应的像素数量以及基于所述标定参数反算出的所述参照物在世界坐标系中的坐标计算被测立木的被测参数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标定参数包括：外参数和内参数，其中，所述外参数为世界坐标系与摄像头坐标系之间的坐标变换参数，所述内参数为摄像头坐标系与图像坐标系之间的坐标变换参数。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取摄像头的标定参数的步骤包括：

利用所述摄像头拍摄包含有标定板的图像；

获取所述标定板中的多个目标点在世界坐标系中的坐标以及多个目标点在图像坐标系中的坐标；

根据所述多个目标点在世界坐标系中的坐标、在图像坐标系中的坐标以及下述公式计算所述摄像头的标定参数：

其中，s_x表示图像的水平比例因子，d_x和d_y表示在X方向和Y方向上该摄像头的相邻图像传感器之间的中心距离，且d_x′＝d_x×N_cx/N_fx，N_cx表示该摄像头在X方向上设置的图像传感器的数量，N_fx表示图像中的一行所包含的像素数量，X_f和Y_f表示三维摄像头坐标系中的坐标点(x，y，z)映射到图像坐标系中的坐标，C_x和C_y表示存储图像的帧存储器中心的像素列数和行数，k₁表示镜头径向畸变系数，且R表示在将世界坐标系转换成与摄像头坐标系一致的姿态时，世界坐标系绕其原点所旋转的矩阵，f表示摄像头的拍摄焦距，x_w、y_w和z_w表示世界坐标系中的坐标，且T表示世界坐标系中的原点O_w在摄像头坐标系中的坐标，r²＝X_d ²+Y_d ²，X_d和Y_d表示三维摄像头坐标系中的(x，y，z)坐标变换到实际图像物理坐标系中的坐标。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取基于所述标定参数而拍摄的包含有被测立木的图像的步骤包括：

在针对一棵被测立木拍摄图像时，使该被测立木的拍摄距离与所述标定板的拍摄距离相同，并使该被测立木的拍摄焦距与所述标定板的拍摄焦距相同；或者

在针对在水平方向上排列成一排的多棵被测立木拍摄图像时，使位于中间的被测立木的拍摄距离与所述标定板的拍摄距离相同，并使被测立木的拍摄焦距与所述标定板的拍摄焦距相同；或者

在针对没有在水平方向上排列成一排的多棵被测立木拍摄图像时，使距离摄像头最近的被测立木的拍摄距离与所述标定板的拍摄距离相同，并使被测立木的拍摄焦距与所述标定板的拍摄焦距相同。

5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述根据被测参数所对应的像素数量、基于所述标定参数而拍摄的图像中的参照物所对应的像素数量以及基于所述标定参数反算出的所述参照物在世界坐标系中的坐标计算被测立木的被测参数的步骤包括：

根据下述公式计算图像中的一棵被测立木或者图像中的多棵被测立木中任一棵被测立木的高度，且所述图像中的多棵被测立木为在水平方向上排成一排的多棵被测立木：

其中，H为被测立木的高度，(x_w1，y_w1)表示参照物的最高点在世界坐标系中的坐标，(x_w2，y_w2)表示参照物的最低点在世界坐标系中的坐标，y₁表示参照物的最高点在图像坐标系中的y轴上的坐标，y₂表示参照物的最低点在图像坐标系中的y轴上的坐标，y′₁表示被测立木的最高点在图像坐标系中的y轴上的坐标，y′₂表示被测立木的最低点在图像坐标系中的y轴上的坐标。

6.如权利要求1至4中任一权利要求所述的方法，其特征在于，所述根据被测参数所对应的像素数量、基于所述标定参数而拍摄的图像中的参照物所对应的像素数量以及基于所述标定参数反算出的所述参照物在世界坐标系中的坐标计算被测立木的被测参数的步骤包括：

根据下述公式计算图像中的一棵被测立木的胸径或者图像中的多棵被测立木中任一棵被测立木的胸径，且所述图像中的多棵被测立木为在水平方向上排成一排的多棵被测立木：

其中，M₁为被测立木的胸径，(x_w1，y_w1)表示参照物的最右端在世界坐标系中的坐标，(x_w2，y_w2)表示参照物的最左端在世界坐标系中的坐标，x₁表示参照物的最右端在图像坐标系中的x轴上的坐标，x₂表示参照物的最左端在图像坐标系中的x轴上的坐标，x′₁表示被测立木的最右端在图像坐标系中的x轴上的坐标，x′₂表示被测立木的最左端在图像坐标系中的x轴上的坐标。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据被测参数所对应的像素数量、基于所述标定参数而拍摄的图像中的参照物所对应的像素数量以及基于所述标定参数反算出的所述参照物在世界坐标系中的坐标计算被测立木的被测参数的步骤包括：

根据下述公式计算图像中的多棵被测立木中的除位于图像中心的被测立木之外的任一被测立木的胸径，且所述图像中的多棵被测立木为没有在水平方向上排成一排的多棵立木：

其中，M₁为位于图像中心的被测立木的胸径，M₂为图像中的多棵被测立木中的除位于图像中心的被测立木之外的任一被测立木的胸径，m₁和m₂表示M₁和M₂在图像坐标系中的尺寸，n₁和n₂表示m₁和m₂分别对应的像素数量；d_x表示在X轴方向上每个像素所表示的长度，d表示两棵被测立木所在的物平面之间的距离。

8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据被测参数所对应的像素数量、基于所述标定参数而拍摄的图像中的参照物所对应的像素数量以及基于所述标定参数反算出的所述参照物在世界坐标系中的坐标计算被测立木的被测参数的步骤还包括：

利用下述公式对被测立木的胸径进行校正：

其中，M为计算出的被测立木的胸径，m表示M在图像坐标系中的尺寸，d_x表示在X轴方向上每个像素所表示的长度，n表示m对应的像素数量，f₁为校正后的拍摄焦距。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述校正后的拍照焦距f₁的校正过程包括：

获取多组样本数据，并将多组样本数据代入下述公式中：

Y＝∑((M_2-i-M_2d-i)/M_2d-i)²；

其中，M_2-i表示第i组样本数据中的计算出的胸径，M_2d-i为第i组样本数据中的实际测量胸径，且m表示M_2-i在图像坐标系中的尺寸，d_x表示在X轴方向上每个像素所表示的长度，n表示m对应的像素数量，f为未知数；

获取使Y最小的f，且将使Y最小的f确定为校正后的拍照焦距f₁。

10.一种基于图像的立木信息采集装置，其特征在于，所述装置包括：

标定参数模块，适于获取摄像头的标定参数，所述标定参数为：世界坐标系与图像坐标系之间的坐标变换参数；

图像获取模块，适于获取基于所述标定参数而拍摄的包含有被测立木的图像；

像素计量模块，适于计量所述图像中的被测立木的被测参数所对应的像素数量；

参数计算模块，适于根据基于所述标定参数而拍摄的图像中的参照物所对应的像素数量以及基于所述标定参数反算出的图像中的参照物在世界坐标系中的坐标计算被测立木的被测参数。