专利名称：基于单幅图像的立木遮挡树枝识别方法
技术领域：
本发明涉及森林资源调查，尤其涉及一种基于单幅图像的立木遮挡树枝 识别方法。
背景技术：
森林是地球上重要的可更新的资源，是人类生存在必要条件，森林为多 种生物提供了栖息的环境，是地球上最重要的生命维持系统。而树木又是森 林的基本组成部分，现实情况中为了让树木更好的生长，需要将树木进行整 枝。目前整枝作业一般由人工完成，但是其作业效率低，劳动强度大，人力 成本很高，并且有一定的安全隐患。为了解决上述问题，现有技术提供了一 种遥控自动立木整枝机，该整枝机可以由人工操作遥控进行整枝作业，但是 需要人工在现场仰头注视树木，当需要整枝时，通过遥控整枝机进行整枝作 业。为了解决上述问题，北京林业大学提供了一种智能整枝机器人，该整枝 机器人通过机器人的视觉系统自动识别立木树枝，完成整枝作业。在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术存在如下问题 现有技术中的整枝机器人是通过视觉系统自动识别立木树枝的，而整枝 机器人的视觉系统在拍摄图像时，也会将待整枝的树木周围的其它树木的树 枝也一起拍摄在图像中， 一般将其它树木的树枝叫做遮挡枝；而现行的整枝 机器人无法通过拍摄图像分辨出那些是遮挡枝，尤其是无法通过单幅图像分 辨出那些是遮挡枝，造成了整枝机器人的误操作较多。发明内容鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明的具体实施方式
提供一种基于 单幅图像的立木遮挡树枝识别方法，上述方法能够分辨出遮挡枝，从而减少 整枝机器人的误操作。本发明是通过以下技术方案实现的本发明具体实施方式
提供一种基于单幅图像的立木遮挡树枝识别方法， 所述方法包括将拍摄的立木图像进行图像预处理后，进行图像分割去掉所述立木图像 的背景信息；将去掉背景信息的所述立木图像的树干部分去除，得到多个树枝图像； 将多个所述树枝图像细化得到多个树枝骨架；在判断出各个树枝骨架上的点符合线性关系时，对所述各个树枝骨架进 行直线拟合，得出所述各个树枝骨架的直线方程；根据任意二个树枝骨架直线方程的截距和斜率计算出任意二个树枝骨架 对应二个树枝的相似度，在所述相似度大于设定值时，判断出所述二个树枝 为遮挡树枝。由上述本发明的具体实施例提供的技术方案可以看出，本发明的具体实 施例所述的技术方案通过计算树枝的相似程度，并根据计算出的树枝相似程 度的值来判断树枝是否为遮挡枝，从而减少整枝机器人的误操作。
图1为本发明具体实施方式
所述方法的流程图。图2为本发明具体实施例1所述方法的流程图。图3为本发明具体实施例1中的拍摄出的单幅图像。图4为本发明具体实施例1中的去掉背景信息的立木图像。图5为本发明具体实施例1中的多个树枝图像。 图6为本发明具体实施例1中的树枝骨架图像。
具体实施方式
本发明具体实施方式
提供一种基于单幅图像的立木遮挡树枝识别方法，所述方法如图1所示，包括以下步骤步骤11、将拍摄的立木图像进行图像预处理后，进行图像分割去掉所述 立木图像的背景信息；该步骤中的图像预处理的方法可以采用滤波的方法降低噪声，以减低噪 声对后期图像处理分析的影响，该滤波的方法可以采用中值滤波；该步骤中 的进行图像分割去掉所述立木图像的背景信息可以通过以下方法实现，采用 迭代阈值分割方法提取立木和树枝，去掉背景信息。步骤12、将去掉背景信息的所述立木图像的树干部分去除，得到多个树 枝图像；实现该步骤的方法可以为，对去掉背景信息的立木图像采用数学形态学 的基本运算-腐蚀和膨胀来实现树枝的提取。其实现的具体操作可以为，首 先，对去掉背景信息的立木图像进行N次腐蚀，把树枝消除。然后再对该图像 进行N+1次膨胀，从而得到树干图像；用去掉背景信息的立木图像减去树干图 像，就得到了仅有多个树枝图像。步骤13、将多个所述树枝图像细化得到多个树枝骨架； 实现该步骤的方法可以为，通过公式(1)对树枝图像进行细化，得到树 枝的骨架。} = (... (04，, 2)...) ^ (1)步骤14、在判断出各个树枝骨架上的点符合线性关系时，对所述各个树 枝骨架进行直线拟合，得出所述各个树枝骨架的直线方程；该步骤中的判断出各个树枝骨架上的点符合线性关系可以通过下述方法 实现，根据公式(2)计算每一段树枝骨架二维坐标的线性系统，在计算出的线性系数卜l 〉 0.9时，判断出该段树枝骨架上的点符合线性关系。(2)"2>2_(2>)2)'("2>2-(2>)2) 该步骤中的对所述各个树枝骨架进行直线拟合，得出所述各个树枝骨架的直线方程的实现方法可以为，根据公式(3)对所述r >0.9的树枝骨架进行直线拟合，得出每个树枝骨架的直线方程 <formula>formula see original document page 6</formula>步骤15、根据任意二个树枝骨架直线方程的截距和斜率计算出任意二个 树枝骨架对应二个树枝的相似度；实现该步骤的方法可以为，根据公式(4)计算出相似度。<formula>formula see original document page 6</formula>(4)其中Kjj表示第i个树枝和第j个树枝的相似度，A卜Bj为第i树枝骨架直线方程的截距和斜率，Aj、 Bj为第j个树枝骨架直线方程的截距和斜率。步骤16、判断所述相似度是否大于设定值，在大于设定值时，判断出所 述二个树枝为遮挡树枝；在小于或等于设定值时，判断出所述二个树枝不是 遮挡树枝。该步骤中的设定值用户可以根据经验对不同树种进行设定，这里优选设定值为100，该设定值是通过对已知的遮挡树枝进行计算，得出当是遮挡树枝时，相似度的值一般都大于100;本发明具体实施方式
不局限设定的具体 数值。实现上述步骤的装置可以为整枝机器人或自动立木整枝机，本发明具体 实施方式不局限实现该步骤的具体装置。为更好的描述本发明实施方式所述的方法，现结合附图2 7对本发明的具体实施方式
进4于i兌明实施例1:本发明实施例1提供一种基于单幅图像的立木遮挡树枝识别方 法，本实施例1的技术背景为假设图3即为拍摄出的单幅图像，本实施例1 中的方法都是对图3进行处理的，设定值可以为100，该方法包括如下步骤步骤21、对拍摄出的单幅图像图3进行中值滤波降低噪声后，采用迭代 阈值分割方法提取立木和树枝，去掉背景信息；去掉背景信息的立木图像如 图4所示；步骤22、对去掉背景信息的立木图像图4采用数学形态学基本运算-腐 蚀和膨胀去掉树干部分，得到多个树枝图像；得出的多个树枝图像如图5所示；步骤23、将多个树枝图像图5细化得到多个树枝骨架；得到的多个树枝 骨架如图6所示；步骤24、计算多个树枝骨架的线性系数；在线性系数进行下述步骤； 实现该步骤的方法可以为，根据公式(2)计算多个树枝骨架L1、 L2、L3、 L4的线性系数，根据公式(2)计算出的L1、 L2、 L3、 L4的线性系数的绝对值均大于0.9。步骤25、将多个树枝骨架图6中的树枝骨架进行直线拟合得出树枝骨架 的直线方程；实现该步骤的具体方法可以为，对图6中的树枝骨架L1、 L2、 L3、 L4根据公式(3)进行直线拟合，得出直线方程如下Ll:y = —0.664X +293.664 m = -0.252X +277.274 Z3::r = —0.807Z +136.411 丄4:7 =-0.7361+ 126.107步骤26、根据任意二个树枝骨架直线方程的截距和斜率计算出任意二个 树枝骨架对应二个树枝的相似度；实现该步骤的具体方法可以为根据步骤25中的直线方程得出 Al=293. 664， Bl=-0. 664 A2=277. 274， B2=-0. 252 A3=136. 411, B3=-0. 807 A4=126. 107， B4=-0. 736根据公式(4)计算出相似度，其计算的结果如下L1与L2的相似度为 L1与L3的相似度为 L1与L4的相似度为 L2与L3的相似度为 L2与L4的相似度为 L3与L4的相似度为K12=19.36 K13=7.03 K14=12,18 K23=1.40 K24=1.36 K34= 138.42步骤27、根据计算出的相似度判断出L3与L4的相似度大于100,属于遮挡树枝。本发明具体实施方式
所述的方法，通过计算树枝的相似程度，并根据计 算出的树枝相似程度的值来判断树枝是否为遮挡枝，从而减少整枝机器人的 误操作。本发明具体实施方式
所述的技术方案能判断树枝是否为遮挡枝，且减少 整枝机器人的误操作。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不 局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可 轻易想到的变化或替换，都应涵盖在
权利要求
1、一种基于单幅图像的立木遮挡树枝识别的方法，其特征在于，所述方法包括将拍摄的立木图像进行图像预处理后，进行图像分割去掉所述立木图像的背景信息；将去掉背景信息的所述立木图像的树干部分去除，得到多个树枝图像；将多个所述树枝图像细化得到多个树枝骨架；在判断出各个树枝骨架上的点符合线性关系时，对所述各个树枝骨架进行直线拟合，得出所述各个树枝骨架的直线方程；根据任意二个树枝骨架直线方程的截距和斜率计算出任意二个树枝骨架对应二个树枝的相似度，在所述相似度大于设定值时，判断出所述二个树枝为遮挡树枝。
2、 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据任意二个树枝骨 架直线方程的截距和斜率计算出任意二个树枝骨架对应二个树枝的相似度包 括根据<formula>formula see original document page 2</formula>计算出树枝的相似度，其中K为相似度，A1、 B1为一个树枝骨架直线方程的 截距和斜率，A2、 B2为另一个树枝骨架直线方程的截距和斜率。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将去掉背景信息的所 述立木图像的树干部分去除，得到多个树枝图像包括将去掉背景信息的所述立木图像采用数学形态学基本运算一腐蚀和膨胀 来去除树干部分，得到多个树枝图像。
全文摘要
本发明提供了一种基于单幅图像的立木遮挡树枝识别方法，所述方法涉及森林调查领域，所述方法包括将拍摄的立木图像进行图像预处理后，进行图像分割去掉所述立木图像的背景信息；将树干部分去除，得到多个树枝图像；将图像细化得到多个树枝骨架；对所述各个树枝骨架进行直线拟合，得出所述各个树枝骨架的直线方程；根据任意二个树枝骨架直线方程的截距和斜率计算出任意二个树枝骨架对应二个树枝的相似度，在所述相似度大于设定值时，判断出所述二个树枝为遮挡树枝。本发明所述方法有判断树枝是否为遮挡树枝，减少整枝机器人的误操作的优点。
文档编号G06K9/46GK101216894SQ20081005575
公开日2008年7月9日 申请日期2008年1月8日 优先权日2008年1月8日
发明者李文彬, 磊 杨, 阚江明 申请人:北京林业大学