基于光学三角形法与图像处理的立木胸径测量方法

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1、２０１３年７月农业机械学报第４４卷第７期ｄｏｉ：１０．６０４１／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１３．０７．０４２基于光学三角形法与图像处理的立木胸径测量方法王建利李婷王典刘晋浩（北京林业大学工学院，北京１０００８３）摘要：为提高林木胸径测量精度，减少劳动负荷，结合光学三角形法、图像处理及最小二乘拟合法，研究一种新的立木胸径测量方法。通过理论分析制定算法，搭建测量系统，对５株不同径级的立木进行测量计算，实验结果表明，采用光学三角形法的测量算法计算的直径精度较高，误差一般小于２２ｍｍ，相对误差率小于５５％。关键词：立木胸径测量光学三角形法图像处理最小二

2、乘拟合中图分类号：Ｓ７５８１文献标识码：Ａ文章编号：１０００１２９８（２０１３）０７０２４１０５ＭｅａｓｕｒｉｎｇＡｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒＴｒｅｅ’ｓＤｉａｍｅｔｅｒａｔＢｒｅａｓｔＨｅｉｇｈｔＢａｓｅｄｏｎＯｐｔｉｃａｌＴｒｉａｎｇｕｌａｒＭｅｔｈｏｄａｎｄＩｍａｇｅＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＷａｎｇＪｉａｎｌｉＬｉＴｉｎｇＷａｎｇＤｉａｎＬｉｕＪｉｎｈａｏ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＢｅｉｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｍｅａｓｕｒｉ

3、ｎｇａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｒｅｅ’ｓｄｉａｍｅｔｅｒａｔｂｒｅａｓｔｈｅｉｇｈｔ（ＤＢＨ）ａｎｄｄｅｃｒｅａｓｅｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｌｏａｄ，ａｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｆｏｒｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｒｅｅ’ｓＤＢＨｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｂｙｃｏｍｂｉｎｉｎｇｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｔｒｉａｎｇｕｌａｒｍｅｔｈｏｄ，ｉｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｌｅａｓｔｓｑｕａｒｅｆｉｔｔｉｎｇ．Ｔｈｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｂａｓｅｄｏｎａｓｅｒｉｅｓｏｆｔｈｅｏｒｙａｎａｌｙｓｉｓ，ａｎｄｔｈｅｍｅａｓｕｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗａｓｂｕｉｌｔｕｐ．Ｆｉｖｅｔｒｅｅ

4、ｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｄｉａｍｅｔｅｒｓａｔｂｒｅａｓｔｈｅｉｇｈｔｗｅｒｅｍｅａｓｕｒｅｄａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｔｒｉａｎｇｕｌａｒｍｅｔｈｏｄｈａｄｈｉｇｈｅｒａｃｃｕｒａｃｙ，ｔｈｅｅｒｒｏｒｗａｓｌｅｓｓｔｈａｎ２２ｍｍ，ａｎｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｅｒｒｏｒｗａｓｌｅｓｓｔｈａｎ５５％．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤｉａｍｅｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｔｂｒｅａｓｔｈｅｉｇｈｔＯｐｔｉｃａｌｔｒｉａｎｇｕｌａｒｍｅｔｈｏｄＩｍａｇｅｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇＬｅａｓｔｓｑｕａｒｅ

5、ｆｉｔｔｉｎｇ特征提取，直接从图像上读出被测立木的边缘，从而引言［３］求出胸径。采用胸径围尺及胸径卡尺的方法要［４］在我国林业科学研究中，针对立木胸径的测量求测量时测量人员要站在被测立木边上，测量精方法以接触式测量为主，使用的设备主要有胸径围度较低，同时需要记录大量的测量数据，劳动强度较尺、胸径卡尺２种。此外有研究人员采用全站仪进大，且对于径级较大的立木，测量难度较大。其他测［１］行立木胸径测量，同时也有一些研究人员采用图量方法虽然有研究并取得一些进展，但目前并未得［２］像视觉处理，从中求解立木胸径。图像处理方法到广泛应用。有２种具体的实施方式，第１种是在测量

6、时设置尺光学三角形法也是一种利用图像传感器进行测寸已知的标志物，利用图像传感器获得标志物与被量的方法，使用光学三角形法可以测量深度距［５］测立木的图像，然后通过两者所占的像素比例关系离。若将点光源变换成线性结构光，可以进行三［６～７］求得被测立木胸径；第２种方法是通过图像校正及维扫描测量。将单条线性结构光进行扩展，使收稿日期：２０１２１２１３修回日期：２０１３０２０１中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（ＢＬＸ２０１２０２８）、国家自然科学基金资助项目（３１０７０６３４）和国家林业局引进国外林业先进技术资助项目（２０１１４０２）作者简介：王建利，博士生，主

7、要从事林业装备及其自动化研究，Ｅｍａｉｌ：ｊｉａｎｌｉ．ｂｊｆｕ＠１６３．ｃｏｍ通讯作者：王典，讲师，主要从事林业采育装备智能化、自动化研究，Ｅｍａｉｌ：ｗａｎｇｄｉａｎ１９８２＠ｇｍａｉｌ．ｃｏｍ２４２农业机械学报２０１３年用光栅条纹对目标物进行照射，可以获得更快的重轴与相机的主光轴相重合；Ｏ′Ｘ′Ｙ′坐标平面为相机［８］建速度和精确度。本文基于光学三角测量理论，ＣＭＯＳ传感器所在坐标平面；原点Ｏ′为相机透镜主搭建一套由线性激光发射器和ＣＭＯＳ图像传感器组光轴与相机ＣＭＯＳ传感器交点；Ｙ′轴与Ｚ轴平行，方成的测量系统，获取立木表面轮廓的图像数据，并通向相

8、反；Ｘ′轴与Ｘ轴平行，方向相反；ｆ表示