专利名称：基于光学相似三角形法的立木胸径测量方法
技术领域：
本发明涉及林木测量，尤其涉及一种基于光学相似三角形法的立木胸径测量方法。
背景技术：
森林蓄积量是国家自然资源的重要组成部分，其消长动态是林业经济效益的主要标志，也是制定采伐培育计划的依据。传统的森林林木胸径测量方法如采用胸径测量围尺或轮尺，将长度转换为直径刻度，从而进行林木胸径估测，操作中受环境及人为因素影响大，结果误差极大。为了解决上述问题，发明人提供了一种基于光学相似三角形法的立木胸径测量方法。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足以及实际应用的需要，本发明提供一种基于光学相似三角形法的立木胸径测量方法，实现简单快速、无接触的立木胸径测量。本发明是通过以下具体技术方案实现的本发明提供一种基于光学相似三角形法的立木胸径测量方法，所述方法包括以下步骤步骤一、对所拍摄的立木图像进行预处理，提取单像素的激光光斑骨架部分后，得到所述激光光斑在相平面的点{V,V )；步骤二、根据光学相似三角形原理，将上述激光光斑落在相平面的点(X’，Y’ )向三维空间进行坐标转换得到点(X，Y，Z)；步骤三、对上述所得三维空间点(X，Y，Z)进行处理后，向水平方向进行投影得点(Xs, Ys);采用最小二乘圆拟合方法对点(Xft，Yft)进行圆拟合；步骤四、上述拟合后所得圆半径参数即为被测立木的胸径大小；步骤二中所述根据光学三角原理，将激光光斑落在相平面的坐标点{V ,V )向三维空间进行坐标转换得到点(X，Y，Z)包括由以下表达式
权利要求
1.一种基于光学相似三角形法的立木胸径测量方法，其特征在于，所述测量方法包括如下步骤 步骤一对所拍摄的立木图像进行预处理，提取单像素的激光光斑骨架部分后，得到所述激光光斑在相平面的点{V,V )； 步骤二 根据光学相似三角形原理，将上述激光光斑落在相平面的点(X’，Y’ )向三维空间进行坐标转换得到点(X，Y，Z)； 步骤三对上述所得三维空间点(X，Y，Z)进行处理后，向水平方向进行投影得点(xs，Yft);采用最小二乘圆拟合方法对点(Xft，Yft)进行圆拟合； 步骤四上述拟合后所得圆半径参数即为被测立木的胸径大小；
2.根据权利要求I所述一种基于光学相似三角形法的立木胸径测量方法，其特征在于，步骤二中所述根据光学相似三角形原理，将激光光斑落在相平面的点(X’，Y’)向三维空间进行坐标转换得到点(X，Y，Z)包括 由以下表达式实现由立木图像的相平面的坐标点(Χ’，γ’)向三维空间的坐标点(Χ，Υ，Ζ)的转换；其中，f为实验设备中的焦距，b为激光源到摄像机光轴的距离，Θ为激光源A射出的光平面与COMS平面所成夹角。
3.根据权利要求2所述一种基于光学相似三角形法的立木胸径测量方法，所述将激光光斑落在相平面的点(X’，Y’)向三维空间进行坐标转换得到点(X，Y，Z)的坐标转换模型的建立包括相平面坐标系V O’ Y’的建立与三维坐标系中XOY平面平行，且三维坐标系原点O穿过摄像机光轴所在位置。
4.根据权利要求3所述的坐标转换模型的建立包括激光源A的位置位于摄像机光轴的下方。
5.根据权利要求3所述的坐标转换模型的建立包括激光源发射所形成的激光平面恰好与水平面平行，且上述激光源A射出的光平面与COMS平面所成夹角Θ角度可测。
6.根据权利要求I所述一种基于光学相似三角形法的立木胸径测量方法，其特征在于，步骤三中所述对所得三维空间点(X，Y，Z)进行处理，包括对三维空间点(X，Y，Z)中异常点的判断以及对满足坐标转换及圆拟合要求的点进行筛选。
7.根据权利要求I所述一种基于光学相似三角形法的立木胸径测量方法，其特征在于，步骤三中上述处理后的三维空间点(X，Y，Z)，向水平方向进行投影得点(XS，YS)，包括将三维空间点所在坐标平面向水平面投影，所述水平面与三维空间点所在坐标平面之间的夹角为90° -Θ ;所述投影所得点(XS，YS)与三维空间点中的(X，Y)之间存在如关系 X投=X Y投=Y*cos(90° -Θ)。
8.根据权利要求I所述一种基于光学相似三角形法的立木胸径测量方法，其特征在于，采用最小二乘圆拟合方法对点(xft，Yft)进行圆拟合包括以下步骤(如下原理推导式中采用X，Y来表达Xft，Y投) 令
全文摘要
本发明提供了一种基于光学相似三角形法的立木胸径测量方法，所述方法涉及林木测量，所述方法包括利用一台相机及激光器构建立木胸径测量系统；利用上述相机对被测立木进行拍照以获取立木图像；对拍摄的立木图像进行预处理后，得到所述激光光斑落在相平面的点(X’，Y’)；根据光学相似三角形原理，将上述激光光斑落在相平面的点(X’，Y’)向三维空间进行坐标转换得到点(X，Y，Z)；对上述所得点(X，Y，Z)进行处理后，向水平方向进行投影得点(X投，Y投)；采用最小二乘圆拟合方法对点(X投，Y投)进行圆拟合，拟合后所得圆半径参数即为被测立木的胸径大小。本发明所述基于光学相似三角形法的立木胸径测量方法具有算法实现简单，无接触快速测量立木胸径的优点。
文档编号G01B11/08GK102927921SQ20121045196
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月13日 优先权日2012年11月13日
发明者王典, 王建利, 李婷, 刘晋浩 申请人:北京林业大学