樹(shù)干直徑的圖像測(cè)量方法

陳萬(wàn)杰

（江蘇省常州高級(jí)中學(xué)，江蘇常州，213003）

樹(shù)干直徑的圖像測(cè)量方法

陳萬(wàn)杰

（江蘇省常州高級(jí)中學(xué)，江蘇常州，213003）

本文給出了一種基于圖像的測(cè)量樹(shù)干直徑的方法。該方法利用標(biāo)定尺為參照物，將標(biāo)定尺與樹(shù)干齊平放置，并通過(guò)與之垂直的照相機(jī)采集圖像。利用標(biāo)定尺的實(shí)際尺寸與樹(shù)干直徑實(shí)際尺寸跟圖像上標(biāo)定尺的像素個(gè)數(shù)與樹(shù)干直徑的像素個(gè)數(shù)有相同的比例值，可計(jì)算得到樹(shù)干的直徑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所給出的樹(shù)干直徑測(cè)量方法能夠比較準(zhǔn)確地計(jì)算出立木樹(shù)干的直徑。

樹(shù)干；圖像處理；直徑測(cè)量

0 引言

活立木在生活中到處可見(jiàn)，也是現(xiàn)在綠化城市、綠化莊園的一個(gè)重要的元素。立木樹(shù)干的直徑是活立木生長(zhǎng)的重要參數(shù)，在現(xiàn)代化的很多研究中，活立木樹(shù)干直徑的測(cè)量已經(jīng)成為了必不可少的部分[1]。然而，以往對(duì)活立木樹(shù)干直徑的測(cè)量卻一直是一個(gè)難點(diǎn)，普通的人工測(cè)量需要爬上樹(shù)干，用尺進(jìn)行測(cè)量，這樣不僅非常不方便，而且也容易發(fā)生墜落事故。為了解決這一問(wèn)題，提出了基于圖像處理的立木樹(shù)干直徑測(cè)量方法，希望能夠解決普通測(cè)量需要爬上樹(shù)干的難題[2]，同時(shí)，希望它易于實(shí)現(xiàn)、操作方便、簡(jiǎn)單、安全。

基于圖像處理技術(shù)的尺寸測(cè)量方法優(yōu)點(diǎn)很多，如具有成本低、安裝簡(jiǎn)易等。它的非接觸性、實(shí)時(shí)性和靈活性等特點(diǎn)可以有效地解決傳統(tǒng)檢測(cè)方法存在的問(wèn)題。除此之外，尺寸測(cè)量是計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)中最普遍的應(yīng)用，特別在自動(dòng)化制造行業(yè)中，經(jīng)常會(huì)用計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)測(cè)量工件的各種尺寸的大小，如長(zhǎng)度測(cè)量、圓測(cè)量、角度測(cè)量、弧線測(cè)量、區(qū)域測(cè)量等，檢測(cè)出工件相關(guān)區(qū)域的基本幾何特征。此方法不但可以獲取在線產(chǎn)品的尺寸參數(shù)，同時(shí)可對(duì)產(chǎn)品做出在線實(shí)時(shí)判定和分揀，應(yīng)用十分普遍。

1 基于圖像的樹(shù)干直徑測(cè)量原理

由于待測(cè)的活立木不是固定的，待測(cè)的活立木的直徑也是不固定的，為了準(zhǔn)確測(cè)量樹(shù)干的直徑，在樹(shù)干旁邊放置一個(gè)已知大小長(zhǎng)度的標(biāo)定尺來(lái)用作參照物。標(biāo)定尺與樹(shù)干水平放置，與相機(jī)方向垂直，這樣，不管外界環(huán)境如何變化、要測(cè)量的立木粗細(xì)、待測(cè)部位的高矮都可以方便且簡(jiǎn)單地測(cè)量出來(lái)[3]。

拍攝圖像時(shí)，一個(gè)采集圖像人員將做好的標(biāo)定尺放于待測(cè)量的樹(shù)干直徑的旁邊，保持標(biāo)定尺與樹(shù)干水平，與相機(jī)垂直[4]。拍攝人員拍攝圖像時(shí)，盡可能地保證待采集的圖像顯示在相機(jī)屏幕的中間位置。人工用皮尺繞待測(cè)量的樹(shù)木一圈，記錄其周長(zhǎng)為C。用同樣的方法繼續(xù)采集圖像。待圖像全部采集完，圖像的直徑d的計(jì)算式如下

標(biāo)定尺可以找有刻度標(biāo)定的尺或者標(biāo)有刻度的具有規(guī)則形狀的標(biāo)桿等，也可以是自己制作的，符合要求即可。常見(jiàn)標(biāo)定尺呈“T”字形，如圖1所示，我們采用的這種“T”型自制標(biāo)定尺。標(biāo)定尺上方的長(zhǎng)方形的長(zhǎng)度為21cm，寬度為15cm。

圖1 T形標(biāo)定尺

由測(cè)量原理可知，標(biāo)定尺與樹(shù)干直徑之間存在這一個(gè)比例關(guān)系，通過(guò)這個(gè)比例關(guān)系可以為樹(shù)干直徑的測(cè)量做基礎(chǔ)。假定標(biāo)定尺的長(zhǎng)度為d，與標(biāo)定尺水平方向的齊平的樹(shù)干的直徑為D，圖像上每個(gè)像素的長(zhǎng)度為p。設(shè)標(biāo)定尺占有的像素個(gè)數(shù)為x，樹(shù)干直徑占有的像素個(gè)數(shù)為y，則有

Design of diameter measurement for tree trunk based on computer vision

Chen Wanjie
（Changzhou Senior High School of Jiangsu Province, Changzhou Jiangsu, 213003）

This paper presents a method based on computer vision for measuring the diameters of tree trunks, which may be described as using a calibration scale as reference. The calibration scale is placed evenly with the trunk, and the image is collected by a vertical camera. According to the same proportion of the actual size and the pixel number of the scale and the trunk diameter, we can get the size of the diameter. The experiment results show that the measurement method of trunk diameter using monocular vision can effectively improve the tree trunk diameter precision.

tree trunk; image processing; diameter measurement

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析實(shí)驗(yàn)共采集了8張圖像。表1是圖像方法測(cè)量數(shù)據(jù)與實(shí)際值的誤差分析結(jié)果。