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基于手机图像分析的叶片及立木测量算法研究

韩殿元  
【摘要】:林木信息的采集是森林资源调查和林业可视化的基础,是一项复杂、繁重的任务。“数字林业”和“精准林业”对林木信息的采集方法提出了更高的要求。传统的林木测量方法需要人工读取和记录测量数据,耗费大量人力和财力,而且自动化程度低,精度不高。近年来出现的许多辅助测量工具,但一般价格昂贵,携带不方便,并且有时会在调查过程中对森林破坏严重。 当前,手机摄像头性能达到相当高的程度。将手机的摄像头作为树木图像采集的设备,利用嵌入到手机中的相应程序,可实时测量出诸如植物叶面积,立木的树高、树径、材积等,并可将测量出的数据、GIS信息等,利用手机的无线通信和计算机网络,上传数据中心,也可与数据中心进行数据交换,为森林资源调查提供新的方法和途径。 本文以嵌入手机的图像分析技术为基础,对叶面积测量和立木测量的方法,进行了一些基础性的研究工作,主要工作和贡献如下: 1、提出了基于彩色通道相似性的叶面积测量方法。它运算速度快,并能很好地克服阴影对叶面积的影响,达到了很高的精度。该方法利用彩色叶片的R、G、B三个颜色通道的相似性对叶片区域进行分割,再根据叶片区域像素数和参考矩形的像素数计算叶面积。 2、改进了一种自然背景下基于MRF的立木图像的分割算法。本文充分利用智能手机多点触控技术等强大的交互功能确定三分图,划分出确切的前景,背景和未知区域,极大地减少了运算量。 3、改进了一种基于两幅图像进行相机自标定的方法。本文通过拍照前在树干上设置两个标记,并在相隔一定角度的不同地点分别对树干拍照,然后在两张图像中检测设置的标记,根据第一张照片中的两标记的欧氏距离,对第二张照片进行缩放处理,使两幅照片中两标记的欧氏距离相同,模拟两次拍摄的地点在以拍摄目标为圆心的圆周上,实现相机内参数的标定。 4、提出了基于图像分析技术计算立木树高、树径和材积的具体方法。立木直径测量方法可测量胸径和树干任意高处的树径。立木直径测量方法能够进行胸径测量和树干任意高的树径测景。本文中利用分段求积法实现立木材积的测量。


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