基于圖像的立木信息采集方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及林業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于圖像的立木信息采集方法和基于 圖像的立木信息采集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 立木信息主要包括:立木樹高以及立木胸徑等。采集立木信息是森林資源調(diào)查與 作業(yè)設(shè)計的重要內(nèi)容之一，且采集的立木信息的準確性將直接影響森林資源調(diào)查的質(zhì)量以 及林木生長狀況的分析結(jié)果。
[0003] 傳統(tǒng)的立木信息的采集方法為:使用布魯萊斯測高器等測量工具測量立木樹高， 使用圍尺或輪尺等測量工具測量立木胸徑。
[0004] 隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，全站儀、經(jīng)煒儀以及GPS等專業(yè)性較強的精密儀器逐漸應用 與立木信息采集過程中。
[0005] 發(fā)明人在實現(xiàn)本發(fā)明過程中發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)的立木信息的采集方法由于其測量工具主 要采用了光學和機械原理，因此，信息采集對觀測環(huán)境有一定的要求，如在觀測環(huán)境不夠開 闊，樹干相互遮擋的場景中，信息采集存在一定的難度；另外，該信息采集方法由于需要人 工估計測量胸徑的立木位置、人工讀取測量數(shù)據(jù)以及人工記錄測量數(shù)據(jù)等操作，而使信息 采集效率以及信息采集精度較低;而利用專業(yè)性較強的精密儀器進行信息采集，則存在信 息采集的設(shè)備成本較高、需要專業(yè)人士操作以及設(shè)備的適用范圍有限且不便于攜帶等問 題。
[0006] 有鑒于現(xiàn)有的立木信息采集方式存在的問題，本發(fā)明人基于從事此類產(chǎn)品設(shè)計制 造多年豐富的實務經(jīng)驗及專業(yè)知識，積極加以研究創(chuàng)新，以期創(chuàng)設(shè)一種基于圖像的立木信 息采集方法和裝置，能夠解決現(xiàn)有的立木信息采集方式所存在的問題，使其更具有實用性。 經(jīng)過不斷的研究設(shè)計，并經(jīng)過反復試作樣品及改進后，終于創(chuàng)設(shè)出確具實用價值的本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的之一在于，克服現(xiàn)有的立木信息采集方式存在的技術(shù)問題，而提供 一種基于圖像的立木信息采集方法和裝置，所要解決的技術(shù)問題是，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實現(xiàn)成本。
[0008] 本發(fā)明的目的以及解決其技術(shù)問題可以采用以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)。
[0009] 依據(jù)本發(fā)明提出的一種基于圖像的立木信息采集方法，該方法主要包括:獲取攝 像頭的標定參數(shù)，所述標定參數(shù)為:世界坐標系與圖像坐標系之間的坐標變換參數(shù);獲取基 于所述標定參數(shù)而拍攝的包含有被測立木的圖像;計量所述圖像中的被測立木的被測參數(shù) 所對應的像素數(shù)量;根據(jù)被測參數(shù)所對應的像素數(shù)量、基于所述標定參數(shù)而拍攝的圖像中 的參照物所對應的像素數(shù)量以及基于所述標定參數(shù)反算出的所述參照物在世界坐標系中 的坐標計算被測立木的被測參數(shù)。
[0010] 依據(jù)本發(fā)明提出的一種基于圖像的立木信息采集裝置，該裝置主要包括:標定參 數(shù)模塊，適于獲取攝像頭的標定參數(shù)，所述標定參數(shù)為:世界坐標系與圖像坐標系之間的坐 標變換參數(shù);圖像獲取模塊，適于獲取基于所述標定參數(shù)而拍攝的包含有被測立木的圖像； 像素計量模塊，適于計量所述圖像中的被測立木的被測參數(shù)所對應的像素數(shù)量;參數(shù)計算 模塊，適于根據(jù)基于所述標定參數(shù)而拍攝的圖像中的參照物所對應的像素數(shù)量以及基于所 述標定參數(shù)反算出的圖像中的參照物在世界坐標系中的坐標計算被測立木的被測參數(shù)。 [0011]借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明的基于圖像的立木信息采集方法和裝置至少具有下列 優(yōu)點及有益效果:本發(fā)明通過利用基于相同標定參數(shù)而拍攝的圖像中的參照物所對應的像 素數(shù)量和被測立木所對應的像素數(shù)量，可以獲知被測立木的被測參數(shù)與參照物長度之間的 比值;通過利用上述標定參數(shù)可以對參照物在圖像坐標系中的坐標進行反算以獲得其在世 界坐標系中的坐標，從而可以計量出得參照物在世界坐標系中的長度，進而使本發(fā)明可以 利用參照物的長度以及上述比值計算出被測立木的被測參數(shù)；由上述描述可知，本實施例 只需獲得利用數(shù)碼相機或者平板電腦或者移動電話等具有攝像功能的電子設(shè)備對被測立 木進行拍攝，并利用具有圖像處理功能以及數(shù)據(jù)處理功能的智能電子設(shè)備(如計算機或者 平板電腦或者智能移動電話等)對拍攝的圖像進行計算處理即可實現(xiàn)立木信息的采集，因 此，本實施例完全可以利用智能移動電話或者平板電腦或者數(shù)碼相機等普及率高且便攜的 智能移動電子設(shè)備獲得包含有被測立木的圖像，本發(fā)明在拍攝了被測立木的圖像之后，通 過后期集中對圖像進行處理可以實現(xiàn)立木信息的批量采集，從而本發(fā)明有效避免了使用專 業(yè)性的精密儀器進行立木信息采集所帶來的設(shè)備成本較高、需要專業(yè)人士操作、設(shè)備的適 用范圍有限且不便于攜帶以及信息采集效率低等現(xiàn)象；由此可知，本發(fā)明提供的技術(shù)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，并在較大程度上降低了立木信息采 集的實現(xiàn)成本。
[0012] 綜上所述，本發(fā)明在技術(shù)上有顯著的進步，并具有明顯的積極技術(shù)效果，誠為一新 穎、進步、實用的新設(shè)計。
[0013] 上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段， 而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能夠 更明顯易懂，以下特舉較佳的實施例，詳細說明如下。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明實施例一的基于圖像的立木信息采集方法的流程圖；
[0015] 圖2是本發(fā)明實施例一的計算被測立木的被測參數(shù)的原理示意圖；
[0016] 圖3是本發(fā)明實施例二的立木信息采集裝置示意圖。
【具體實施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例的基于圖像的立木信息采集方法以及立木信息采 集裝置分別進行詳細說明。
[0018] 實施例一、基于圖像的立木信息采集方法。下面結(jié)合圖1-2對本實施例的基于圖像 的立木信息采集方法進行詳細說明。
[0019] 圖1為本實施例的基于圖像的立木信息采集方法的流程圖，且圖1所示的方法主要 包括:步驟S100、步驟S110、步驟S120以及步驟130。圖1所示出的方法通?？梢栽诰哂袌D像 處理功能以及數(shù)據(jù)處理功能的智能電子設(shè)備中執(zhí)行;優(yōu)選的，本實施例所記載的方法可以 在臺式計算機或者筆記本電腦或者智能移動電話(如基于Android或者iOS等操作系統(tǒng)的智 能移動電話)或者平板電腦(如基于Android或者iOS等操作系統(tǒng)的平板電腦)或者服務器中 執(zhí)行，本實施例不限制智能電子設(shè)備的具體表現(xiàn)形式。
[0020] 本實施例的方法可以表現(xiàn)為設(shè)置于智能電子設(shè)備中的APP(應用)或者應用程序的 形式，從而信息采集者通過啟動其智能電子設(shè)備中安裝的APP或者應用程序，即可使本實施 例的方法所包含的各步驟得以執(zhí)行，從而實現(xiàn)立木信息的采集。
[0021] S100、獲取攝像頭的標定參數(shù)。
[0022] 具體的，本實施例中的標定參數(shù)是指世界坐標系與圖像坐標系（如計算機圖像坐 標系，下述以計算機圖像坐標系為例進行描述)之間的坐標變換參數(shù);也就是說，本實施例 中的標定參數(shù)是指在將世界坐標系中的坐標轉(zhuǎn)換為計算機圖像坐標系中的坐標的過程中 所需要的參數(shù)。
[0023]本實施例中的標定參數(shù)可以被劃分為外參數(shù)和內(nèi)參數(shù)兩部分，其中的外參數(shù)是指 世界坐標系與攝像頭坐標系之間的坐標變換參數(shù)(即在將世界坐標系中的坐標轉(zhuǎn)換為攝像 頭坐標系中的坐標的過程中所需要的參數(shù)）；其中的內(nèi)參數(shù)是指攝像頭坐標系與計算機圖 像坐標系之間的坐標變換參數(shù)（即在將攝像頭坐標系中的坐標轉(zhuǎn)換為計算機圖像坐標系中 的坐標的過程中所需要的參數(shù)）。
[0024] 本實施例共涉及五種類型的坐標系，其分別為:計算機圖像坐標系0f-XfYf (即0f為 原點，Xf表示X軸上的坐標，Yf表示Y軸上的坐標，為二維坐標系）、理想的圖像物理坐標系〇i-X UYU (即0i為原點，xu表示X軸上的坐標，Yu表示Y軸上的坐標，為二維坐標系）、實際的圖像物 理坐標系0i-XdYd (即0i為原點，Xd表示X軸上的坐標，且Yd表示Y軸上的坐標，為二維坐標系）、 攝像頭坐標系〇c=-xyz (即0。為原點，X表示X軸上的坐標，y表示Y軸上的坐標，z表示Z軸上的坐 標，為三維坐標系）以及世界坐標系0w-xwywz w(即0W為原點，xw表示X軸上的坐標，yw表示Y軸 上的坐標，z w表示Z軸上的坐標，為三維坐標系）。
[0025] 本實施例中的世界坐標系與計算機圖像坐標系之間的坐標變換過程包括如下步 驟：
[0026] 步驟一、三維世界坐標系中的坐標(Xw，yw，Zw)到三維攝像頭坐標系中的坐標(X，y， z)的剛體變換，該剛體變換可以表示為下述公式(1)的形式：
[0027]

[0028]在上述公式（1)中，（x，y，z)為三維攝像頭坐標系中的坐標，R是將世界坐標系轉(zhuǎn)換 成與攝像頭坐標系一致的姿態(tài)時，世界坐標系繞其原點進行旋轉(zhuǎn)的矩陣，且
3 k，.(^，>，~)為三維世界坐標系中的坐標 IT表示三維世界坐標 9. 系中的原點〇w在三維攝像頭坐標系中的坐標（即T是將三維世界坐標系中的原點⑴平移到三 維攝像頭坐標系中的原點0。時的三維平移向量）。
[0029] 在步驟一中，需要標定的參數(shù)為R和T。
[0030] 步驟二、三維攝像頭坐標系中的坐標(X，y，ζ)到理想的圖像物理坐標系中的坐標 (XU，YU)的變換，該變換可以表示為下述公式(2)的形式：
[0031]
[0032]在上述公式(2)中，（Xu，Yu)為理想的圖像物理坐標系中的坐標，（X，y，ζ)為三維