體的，本實(shí)施例中的參照物通常為標(biāo)定板上的參照物（如標(biāo)定板上的一個(gè)方格 或者一條線段等），當(dāng)然，該參照物也可以為圖像中的被測(cè)立木上的參照物（如被測(cè)立木上 的一小段樹(shù)干或者設(shè)置于被測(cè)立木上的一個(gè)特定標(biāo)志等）。
[0067] 本實(shí)施例計(jì)算被測(cè)立木的被測(cè)參數(shù)的實(shí)現(xiàn)原理之一為:參照物所對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)量 與反算出的參照物的長(zhǎng)度的比值應(yīng)該與被測(cè)參數(shù)所對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)量與被測(cè)參數(shù)的比值相 等。該實(shí)現(xiàn)原理具體如圖2所示。
[0068] 圖2中，Μ表示圖像中的被測(cè)立木的高度所對(duì)應(yīng)的像素個(gè)數(shù)，N表示圖像中的參照物 (如參照線段）的長(zhǎng)度所對(duì)應(yīng)的像素個(gè)數(shù)，（x， yi)表示參照物的Α點(diǎn)（如最高點(diǎn)）在計(jì)算機(jī)圖 像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，（xwi，ywi)表示參照物的A點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，（X，y2)表示參照物 的B點(diǎn)(最低點(diǎn)）在計(jì)算機(jī)圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，（Xw2，yw2)表示參數(shù)物的B點(diǎn)在世界坐標(biāo)系中 的坐標(biāo)，（X、/ 1)表示被測(cè)立木的C點(diǎn)（最高點(diǎn))在計(jì)算機(jī)圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，（X、/ 2)表 示被測(cè)立木的D點(diǎn)（最低點(diǎn)）在計(jì)算機(jī)圖像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，Η表示被測(cè)立木的實(shí)際高度(其 單位可以為m)，L表示參照線段的實(shí)際長(zhǎng)度(其單位可以為cm)。
[0069]圖2所示的內(nèi)容使如下公式(8)成立：
[0070]
[0071] 將公式(8)進(jìn)行整理可以獲得下述公式(9):
[0072]
[0073] 利用上述公式(9)可以計(jì)算獲得圖像中的被測(cè)立木的高度，即被測(cè)立木在世界坐 標(biāo)系中的高度，也即被測(cè)立木的真實(shí)高度。
[0074] 本實(shí)施例不僅可以計(jì)算出圖像中的一棵被測(cè)立木的高度，在多棵被測(cè)立木整齊的 排列成一排的情況下（即多棵被測(cè)立木位于同一水平方向，也即多棵被測(cè)立木所在的平面 與攝像頭的像平面平行），本實(shí)施例同樣可以利用上述公式(9)計(jì)算出圖像中的多棵被測(cè)立 木的高度。經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，本實(shí)施例針對(duì)圖像中的一棵被測(cè)立木計(jì)算出的高度 以及針對(duì)圖像中的多棵被測(cè)立木計(jì)算出的高度，其精度完全可以滿足林業(yè)資源調(diào)查中所規(guī) 定的相關(guān)要求。
[0075] 本實(shí)施例利用上述公式(9)可以計(jì)算出圖像中的被測(cè)立木的高度，本實(shí)施例還可 以利用下述公式(10)計(jì)算出圖像中的被測(cè)立木的胸徑：
[0076]
[0077] 在上述公式（10)中，Mi為被測(cè)立木的胸徑，（Xwl，ywl)表示參照物的最右端在世界坐 標(biāo)系中的坐標(biāo)，（Xw2，yw2 )表示參照物的最左端在世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，XI表示參照物的最右 端在圖像坐標(biāo)系中的X軸上的坐標(biāo)，X2表示參照物的最左端在圖像坐標(biāo)系中的X軸上的坐 標(biāo)，表示被測(cè)立木的最右端在圖像坐標(biāo)系中的X軸上的坐標(biāo)，xS表示被測(cè)立木的最左端 在圖像坐標(biāo)系中的X軸上的坐標(biāo)。
[0078] 在針對(duì)一棵被測(cè)立木進(jìn)行近距離拍攝(如針對(duì)被測(cè)立木的需要進(jìn)行胸徑采集的部 位進(jìn)行近距離拍攝)的情況下，利用上述公式（10)可以計(jì)算出圖像中的該被測(cè)立木的胸徑； 為提高被測(cè)立木的胸徑的精確度，本實(shí)施例可以針對(duì)上述計(jì)算出的胸徑進(jìn)行修正，以便于 消除在距離拍攝過(guò)近的情況下，在標(biāo)定參數(shù)過(guò)程中標(biāo)定板所在平面與立木信息采集過(guò)程中 被測(cè)立木的胸徑位置處所在平面之間存在距離（即非共面)而產(chǎn)生的誤差被放大的現(xiàn)象;一 個(gè)具體的例子，本實(shí)施例可以采用下述公式（11)對(duì)上述公式（10)計(jì)算獲得的施進(jìn)行修正：
[0079]
[0080]本實(shí)施例可以將上述公式（10)計(jì)算獲得的％作為Μ代入到公式（11)的等式右側(cè)， 且公式（11)中的m表示Μ在圖像坐標(biāo)系中的尺寸，dx表示在X軸方向上每個(gè)像素所表示的長(zhǎng) 度(如d x = 0.00337766mm)，n表示m對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)量，心為校正后的攝像頭的拍攝焦距，即對(duì) 標(biāo)定參數(shù)中的拍攝焦距f進(jìn)行校正而獲得的優(yōu)化的拍攝焦距。
[0081] 本實(shí)施例可以利用下述公式（12)對(duì)標(biāo)定參數(shù)中的拍攝焦距f進(jìn)行校正（即對(duì)拍攝 焦距進(jìn)行優(yōu)化）：
[0082]
[0083] 在上述公式（12)中，M2-i和M2d-i表示一組樣本數(shù)據(jù)，即第i組樣本數(shù)據(jù);其中的M 2-i 可以表示為下述公式（13)的形式，而此^為實(shí)際測(cè)量出的胸徑。
[0084]
[0085] 在上述公式（13)中，Μη表示利用上述公式（10)而計(jì)算獲得的被測(cè)立木的胸徑（即 上述公式（10)中的施），m表示M 2-i在圖像坐標(biāo)系中的尺寸，dx表示在X軸方向上每個(gè)像素所表 示的長(zhǎng)度(如dx = 0.00337766mm)，n表示m對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)量，f為待優(yōu)化的拍攝焦距，可以將f 作為未知數(shù)。
[0086] 本實(shí)施例將包含有公式（13)的多組樣本數(shù)據(jù)均代入到上述公式（12)中，通過(guò)調(diào)整 f來(lái)使Y最小，本實(shí)施例將使Y最小的f確定為校正后的優(yōu)化的拍照焦距fi。將校正后的優(yōu)化 的拍照焦距fi代入到公式（11)中即可對(duì)被測(cè)立木的胸徑進(jìn)行校正。
[0087] 本實(shí)施例不僅可以計(jì)算出圖像中的一棵被測(cè)立木的胸徑，在多棵被測(cè)立木整齊的 排列成一排的情況下（即多棵被測(cè)立木位于同一水平方向，也即多棵被測(cè)立木所在的平面 與攝像頭的像平面平行），本實(shí)施例同樣可以利用上述公式（10)計(jì)算出圖像中的多棵被測(cè) 立木的胸徑。通常情況下，針對(duì)排成一排的多棵被測(cè)立木的相應(yīng)部位進(jìn)行拍攝，其拍攝距離 通常遠(yuǎn)大于針對(duì)一棵被測(cè)立木的胸徑進(jìn)行拍攝的距離。本實(shí)施例可以先利用上述公式（10) 針對(duì)圖像中的每一棵被測(cè)立木的胸徑進(jìn)行計(jì)算，從而獲得各被測(cè)立木的胸徑。經(jīng)過(guò)大量的 試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，本實(shí)施例針對(duì)圖像中的一棵被測(cè)立木計(jì)算出的胸徑以及針對(duì)圖像中的多棵 被測(cè)立木計(jì)算出的胸徑，其精度完全可以滿足林業(yè)資源調(diào)查中所規(guī)定的相關(guān)要求。
[0088] 另外，在多棵被測(cè)立木沒(méi)有在水平方向上排成一排的情況下，本實(shí)施例同樣可以 計(jì)算出圖像中的多棵被測(cè)立木的胸徑，具體的，本實(shí)施例在針對(duì)排列無(wú)序的多棵被測(cè)立木 進(jìn)行拍攝時(shí)，通常會(huì)選取距離攝像頭最近的一棵被測(cè)立木作為主被測(cè)立木，其他各棵被測(cè) 立木通常是位于主被測(cè)立木的后方，且應(yīng)測(cè)量出其他各棵被測(cè)立木與主被測(cè)立木的距離， 該距離是指主被測(cè)立木所在的物平面與其他各棵被測(cè)立木所在的物平面之間的距離（即相 互平行的平面之間的垂直距離）；主被測(cè)立木通常是被設(shè)置在圖像的中間位置，且攝像頭距 離主被測(cè)立木的拍攝距離以及攝像頭所采用的拍攝焦距與標(biāo)定參數(shù)所對(duì)應(yīng)的拍攝距離和 拍攝焦距相同。本實(shí)施例可以利用公式（10)計(jì)算出主被測(cè)立木的胸徑，然后，利用下述公式 (14)計(jì)算圖像中的其他各棵被測(cè)立木的胸徑：
[0089]
[0090] 在上述公式(14)中，Mi為圖像中的主被測(cè)立木的胸徑，M2為圖像中的其他被測(cè)立木 的胸徑，mi和m2表不Μι和M2在圖像坐標(biāo)系中的尺寸，m和Π2表不mi和m2分別對(duì)應(yīng)的像素?cái)?shù)量； dx表示在X軸方向上每個(gè)像素所表示的長(zhǎng)度(如dx = 0.00337766mm)，d表示主被測(cè)立木所在 的物平面與另一顆被測(cè)立木所在的物平面之間的距離。
[0091] 由上述描述可知，無(wú)論多棵被測(cè)立木是否排列整齊，本實(shí)施例都可以計(jì)算出圖像 中的多棵被測(cè)立木的胸徑。經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，本實(shí)施例針對(duì)圖像中的任意一棵被 測(cè)立木計(jì)算出的胸徑的精度完全可以滿足林業(yè)資源調(diào)查中所規(guī)定的相關(guān)要求。
[0092]實(shí)施例二、基于圖像的立木信息采集裝置。
[0093]圖3為本實(shí)施例的立木信息采集裝置的示意圖，且圖3所示的立木信息采集裝置主 要包括:標(biāo)定參數(shù)模塊300、圖像獲取模塊310、像素計(jì)量模塊320以及參數(shù)計(jì)算模塊330。 [0094]圖3所示出的裝置通?？梢栽O(shè)置于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)備中；優(yōu)選的，本實(shí)施例所記載的裝置可以設(shè)置于臺(tái)式計(jì)算機(jī)、筆記本電腦、服務(wù)器、智 能移動(dòng)電話（如基于Android或者iOS等操作系統(tǒng)的智能移動(dòng)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）中，本實(shí)施例不限制智能移動(dòng)電子設(shè)備的具體表 現(xiàn)形式。
[0095]本實(shí)施例的裝置可以表現(xiàn)為設(shè)置于智能電子設(shè)備中的APP(應(yīng)用）的形式，從而信 息采集者通過(guò)啟動(dòng)其智能電子設(shè)備中安裝的APP，即可使本實(shí)施例的裝置所包含的各模塊 執(zhí)行相應(yīng)的操作，從而實(shí)現(xiàn)立木信息的采集。下面對(duì)本實(shí)施例的裝置所包含各模塊分別進(jìn) 行說(shuō)明。
[0096] 標(biāo)定參數(shù)模塊300主要用于獲取攝像頭的標(biāo)定參數(shù)。
[0097] 具體的，標(biāo)定參數(shù)模塊300獲取的標(biāo)定參數(shù)是指世界坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系(如計(jì)算 機(jī)圖像坐標(biāo)系，下述以計(jì)算機(jī)圖像坐標(biāo)系為例進(jìn)行描述)之間的坐標(biāo)變換參數(shù);也就是說(shuō)， 標(biāo)定參數(shù)模塊300獲取的標(biāo)定參數(shù)是指在將世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)圖像坐標(biāo)系 中的坐標(biāo)的過(guò)程中所需要的參數(shù)。
[0098] 標(biāo)定參數(shù)模塊300獲取的標(biāo)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(biāo)系與攝像頭坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換參數(shù)（即在將世界坐標(biāo)系中的坐標(biāo) 轉(zhuǎn)換為攝像頭坐標(biāo)系中的坐標(biāo)的過(guò)程中所需要的參數(shù)）；其中的內(nèi)參數(shù)是指攝像頭坐標(biāo)系 與計(jì)算機(jī)圖像坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換參數(shù)(即在將攝像頭坐標(biāo)系中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)圖 像坐標(biāo)系中的坐標(biāo)的過(guò)程中所需要的參數(shù)）。
[0099] 本實(shí)施例共涉及五種類(lèi)型的坐標(biāo)系以及坐標(biāo)系之間的坐標(biāo)變換如上述實(shí)施例一 中的描述，在此不再重復(fù)說(shuō)明。標(biāo)定參數(shù)模塊300需要標(biāo)定的參數(shù)主要包括:鏡頭徑向畸變 系數(shù)ki、拍攝焦距f、圖像的水平比例因子s x以及存儲(chǔ)圖像的幀存儲(chǔ)器中心的像素列數(shù)和行 數(shù)(Cx，Cy)。另外，