专利名称：一种基于机器视觉的快速树径检测装置的制作方法
技术领域：
本发明属于机器视觉技术和树木检测技术领域，具体涉及一种利用机器视觉对树 径进行快速检测的装置。
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η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，提供一种基于机器视觉的快速树径 测量装置，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。本发明提供的基于机器视觉的快速树径检测装置，其特征在于激光发射器(2) 为红色半导体激光器，并与平行光管(3)连接，平行光管安装于立杆(5)上，并且与水平面 平行，平行光管将激光器发射的光束扩束准直以后发射到被测树干上，准直扩束以后激光
3光束的发散角几乎为零，照射在树干上的光斑直径与平行光管出口处的激光光束直径相 同；摄像机组由CXD摄像机(4)和镜头(8)组成，安装于立杆(5)上，位于平行光管的 下方，摄像机的轴线与水平面平行，镜头(4)采用大景深视频监控镜头，不同距离的物体都 能够清晰地呈现在画面中，这样激光光束照射的不同距离的树干都可以清晰地成像到CCD 摄像机中；
CXD摄像机将采集的图像传送给笔记本计算机(1)，计算机中的图像处理程序对 采集到的图像进行识别，并采用激光光束照射到树干上的光斑直径作为标尺，计算出光斑 所在位置树干的直径值，并将计算出的数据存储于数据库中。本发明装置能够迅速采集带有激光光斑的树干图像，并能快速测量出树干的直 径，对检测结果进行存储。具体而言，本发明装置具有以下特点(1)本发明采用了激光光斑作为标尺，在检测时无需在被测树干处放置标尺，节省 了测量时间，并且由于激光光斑与树干在同一平面上，减少了测量误差，提高了测量精度；(2)本发明立杆采用可调式结构，可以使激光光斑准确地照射到树干1. 37m左右 的高度；(3)本发明能够即时地将测量到的树干直径值存储到数据库中。
图1为基于机器视觉的快速树径检测装置的结构框图；图2为基于机器视觉的快速树径检测装置的整体布局图；图3为立杆的放大结构示意图。
具体实施例方式本发明装置采用高性能的笔记本计算机和高速面阵CXD工业摄像机，摄像机和计 算机之间的接口为IEEE1394a接口，每秒钟拍摄传输照片35帧，设计了专门的平行光管系 统对激光光源进行放大准直，配合高速图像处理算法，设计实现了一种基于机器视觉的快 速树径检测装置。下面结合附图对本发明作进一步的说明。如图1、2、3所示，本发明装置的结构以及检测过程为笔记本计算机(1)通过usb接口为激光发射器(2)提供5V电源，激光发射器与平 行光管(3)连接安装于立杆(5)上，并且与水平面平行，平行光管将激光器发射的光束扩 束准直以后发射到被测树干上，树干上会产生红色光斑。根据水准器(7)的指示调整底座 (6)，使其保持水平。调节立杆(5)的高度，使光斑在树干上的高度为1.37m左右，拧紧螺钉 (10)，使外套筒(9)以及内杆(11)之间的相对位置固定。摄像机组由CXD摄像机(4)和镜头(8)组成，安装于立杆(5)上，位于平行光管的 下方，摄像机的轴线与水平面平行，镜头(4)采用大景深视频监控镜头，不同距离的物体都 能够清晰地呈现在画面中，这样激光光束照射的不同距离的树干都可以清晰地成像到CCD 摄像机中，C⑶摄像机通过IEEE1394a数据接口以及数据线将拍摄到的照片传输到笔记本 计算机中。计算机中的图像处理程序对采集到的图像进行检测，并采用激光光束照射到树干上的光斑直径作为标尺，计算出光斑所在位置树干的直径值，并将计算出的数据存储于数 据库中。图像检测是指对采集到的图像进行边缘识别，识别出激光光斑的边缘以及树干的 边缘。本发明装置中激光光束经过平行光管扩束以后直径为60mm，激光光斑直径在图像上 所占的像素数为Ii1，树干在图像上沿直径方向上所占的像素数为n2，则光斑位置树干的直 径d为^ =
权利要求
1.一种基于机器视觉的快速树径检测装置，其特征在于激光发射器( 为红色半导体激光器，并与平行光管C3)连接，平行光管安装于立杆 (5)上，并且与水平面平行，平行光管将激光器发射的光束扩束准直以后发射到被测树干 上，准直扩束以后激光光束的发散角几乎为零，照射在树干上的光斑直径与平行光管出口 处的激光光束直径相同；摄像机组由CXD摄像机(4)和镜头(8)组成，安装于立杆(5)上，位于平行光管的下 方，摄像机的轴线与水平面平行，镜头(4)采用大景深视频监控镜头，不同距离的物体都能 够清晰地呈现在画面中，这样激光光束照射的不同距离的树干都可以清晰地成像到CCD摄 像机中；CCD摄像机将采集的图像传送给笔记本计算机(1)，计算机中的图像处理程序对采集 到的图像进行识别，并采用激光光束照射到树干上的光斑直径作为标尺，计算出光斑所在 位置树干的直径值，并将计算出的数据存储于数据库中。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于立杆(5)的高度可以通过外套筒(9)以 及内杆(11)之间的相对位置调节，调节完成后通过螺钉(10)固定。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于测量装置整体与水平面的平行度可 以根据位于底座(6)上的水准器(7)的指示进行调整。
全文摘要
本发明公开了一种基于机器视觉的快速树径检测装置。激光发射器为红色半导体激光器，并与平行光管连接，平行光管将激光器发射的光束扩束准直以后发射到被测树干上。摄像机组由CCD摄像机和镜头组成，安装于立杆上，位于平行光管的下方，摄像机的轴线与水平面平行，激光光束照射的不同距离的树干都可以清晰地成像到CCD摄像机中。CCD摄像机将采集的图像传送给笔记本计算机，计算机中的图像处理程序对采集到的图像进行识别，计算出光斑所在位置树干的直径值，并将计算出的数据存储于数据库中。本发明装置能够快速检测出所需测量高度处树干的直径值。
文档编号G01B11/08GK102095383SQ20101055623
公开日2011年6月15日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者李晓慧, 程朋乐, 谭月胜, 高林 申请人:北京林业大学