專利名稱：基于激光和視覺技術(shù)的立木直徑檢測方法
CN 102538693 A基于激光和視覺技術(shù)的立木直徑檢測方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于圖像測量技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用激光和視覺技術(shù)進(jìn)行檢測的方法， 特別適合于遠(yuǎn)距離測量立木的直徑。
背景技術(shù)：
在森林資源調(diào)查中，立木直徑的測量是一項非常重要的內(nèi)容。傳統(tǒng)的測量方式常用輪尺、直徑卷尺和檢徑尺(鉤尺)直接進(jìn)行測量，但這些工具都只能測量樹木的直徑，無法測量樹木的上部直徑，而且測量效率比較低。采用圖像的方法進(jìn)行樹徑的非接觸測量能夠彌補傳統(tǒng)測量方法的不足，目前已經(jīng)越來越受到重視。
華中科技大學(xué)機械學(xué)院提出用測量標(biāo)尺對相機進(jìn)行標(biāo)定，進(jìn)行測量的方法(宋小春，康宜華等，基于數(shù)字圖像處理的林木自動測量系統(tǒng)研究，計算機工程與設(shè)計，2005， 26(5) :1187-1189.),這種方法的不足之處是需要在要測量的樹干處放置標(biāo)尺，效率比較低，而且山區(qū)一些無法靠近的樹木以及樹木高處的側(cè)干處無法放置標(biāo)尺，無法測量。在照相時，被照物體和相機之間的距離不同時，放大倍率也不同。這種方法不能保證樹干與標(biāo)尺在同一個平面上，這樣標(biāo)尺和樹干在相機成像時的放大倍數(shù)不同，容易產(chǎn)生測量誤差。
北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院提出一種基于圖像的樹徑檢測方法(程朋樂，李曉慧，基于圖像的樹徑檢測方法，中國專利201010503306. 0，2012-01-25.)，這種方法利用激光的定向性好，發(fā)散角極小的特點將激光光束準(zhǔn)直擴束后照射到立木直徑上，利用照射到立木上的光斑作為圖像檢測的標(biāo)尺，對立木直徑進(jìn)行檢測，這種方法不需放置標(biāo)尺，檢測效率高。 但是，實際測量中不能保證激光光束與樹干一定垂直，特別是在樹干傾斜時，照射在樹干上的激光光斑尺寸就會發(fā)生很大的變化，無法確定此時樹干上激光光斑的實際尺寸，這種情況下檢測出的立木直徑就會產(chǎn)生很大的誤差，而且立木傾斜角越大，檢測誤差越大，造成這種檢測方法失效。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了上述技術(shù)的不足，提供一種基于激光和視覺技術(shù)的立木直徑檢測方法，其目的在于高效、非接觸測量樹徑。
本發(fā)明的基于激光和視覺技術(shù)的立木直徑檢測方法，激光光束經(jīng)過準(zhǔn)直擴束后照射到需要測量樹徑的樹干上，用數(shù)碼攝像機拍攝激光光斑所在位置樹干的圖像，用激光測距儀測量樹干上激光光斑上側(cè)和下側(cè)與激光發(fā)射設(shè)備之間的距離，用激光光斑的實際尺寸作為標(biāo)尺，根據(jù)激光光斑在圖像中的像素數(shù)測量樹徑，該方法按以下步驟進(jìn)行，
(1)激光器發(fā)射的光束經(jīng)過準(zhǔn)直擴束后直徑為d mm的光束照射到需要測量樹徑的樹干上，由于激光光束與樹干不垂直，照射在樹干上的激光光斑直徑變?yōu)閐lmm，樹干與光束之間的夾角為α，
(2)激光器上下兩側(cè)的兩個激光測距儀的光路與激光器發(fā)射的光束平行，并且兩個激光測距儀之間的距離為Wmm，經(jīng)激光測距儀測量的樹干上光斑上下兩側(cè)與激光發(fā)射器之間的距離差為Δ 1mm，
(3)用數(shù)碼攝像機拍攝激光光斑所在位置樹干的圖像，
(4)所拍攝的數(shù)字圖像上激光光斑直徑沿樹干高度方向上所占的像素數(shù)為Ii1，樹干沿直徑方向所占的像素數(shù)為n2，
(5)計算所需測量的樹干直徑d2
權(quán)利要求
1.基于激光和視覺技術(shù)的立木直徑檢測方法，激光光束經(jīng)過準(zhǔn)直擴束后照射到需要測量樹徑的樹干上，用數(shù)碼攝像機拍攝激光光斑所在位置樹干的圖像，用激光測距儀測量樹干上激光光斑上側(cè)和下側(cè)與激光發(fā)射設(shè)備之間的距離，用激光光斑的實際尺寸作為標(biāo)尺， 根據(jù)激光光斑在圖像中的像素數(shù)測量樹徑，其特征在于，該方法按以下步驟進(jìn)行，(1)激光器發(fā)射的光束經(jīng)過準(zhǔn)直擴束后直徑為dmm的光束照射到需要測量樹徑的樹干上，由于激光光束與樹干不垂直，照射在樹干上的激光光斑直徑變?yōu)镃l1Him,樹干與光束之間的夾角為α，(2)激光器上下兩側(cè)的兩個激光測距儀的光路與激光器發(fā)射的光束平行，并且兩個激光測距儀光路之間的距離為Wmm，經(jīng)激光測距儀測量的樹干上光斑上下兩側(cè)與激光發(fā)射器之間的距離差為Δ 1mm，(3)用數(shù)碼攝像機拍攝激光光斑所在位置樹干的圖像，(4)所拍攝的數(shù)字圖像上激光光斑直徑沿樹干高度方向上所占的像素數(shù)為Ii1,樹干沿直徑方向所占的像素數(shù)為n2，(5)計算所需測量的樹干直徑d2
2.如權(quán)利要求1所述的基于激光和視覺技術(shù)的立木直徑檢測方法，其特征在于，用激光測距儀測量出激光光束照射到樹干上的光斑上下側(cè)與激光發(fā)射器之間的距離差，用此距離差計算出樹干上激光光斑的實際尺寸，用樹干上激光光斑的實際直徑作為標(biāo)尺測量樹干直徑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于激光和視覺技術(shù)的立木直徑檢測方法，屬于非接觸測量技術(shù)領(lǐng)域。利用激光測距儀1的光路和激光測距儀2的光路差值Δl計算出激光光束照射在樹干上光斑的實際尺寸d1，以激光光斑的實際尺寸d1，作為圖像測量的標(biāo)尺，激光光束經(jīng)過準(zhǔn)直擴束后照射到需要測量樹徑的樹干上產(chǎn)生光斑，用數(shù)碼相機拍攝激光光斑所在位置樹干的圖像，根據(jù)激光光斑在圖像中的像素數(shù)測量樹徑。本測量方法所需硬件較少，計算量小，提高了樹徑的檢測精度和檢測效率。
文檔編號G01B11/08GK102538693SQ20121003209
公開日2012年7月4日 申請日期2012年2月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月14日
發(fā)明者李曉慧, 程朋樂 申請人:北京林業(yè)大學(xué)