大數(shù)據(jù)時(shí)代下傾斜立木的胸徑檢測(cè)技術(shù)研究

鄂雪?程朋樂(lè)

摘 要 本文對(duì)傾斜的立木進(jìn)行研究。首先對(duì)預(yù)處理后的圖片進(jìn)行特定方向的歸一化分割，提取不同方向灰度明顯變化的特征點(diǎn)，然后對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行直線擬合，最后由比例關(guān)系求出立木胸徑值。

關(guān)鍵詞 立木傾斜；特征點(diǎn)；直線擬合

前言

立木胸徑的測(cè)量對(duì)森林資源的調(diào)查極為重要，傳統(tǒng)的測(cè)量方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力，可靠性差，不能滿足精準(zhǔn)林業(yè)的要求。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)提供了一種非接觸式的立木胸徑測(cè)量方法，如北京林業(yè)大學(xué)的黃曉東[1]以圖像自動(dòng)識(shí)別原理，研制的可測(cè)量胸徑和樹(shù)高的多功能便攜式微型超站儀，沈亞峰[2]利用安卓智能手機(jī)上的圖像處理技術(shù)，提出測(cè)定單株樹(shù)木胸徑的方法。但這些測(cè)量方法都沒(méi)有對(duì)傾斜的立木進(jìn)行說(shuō)明，本文對(duì)該種情況進(jìn)行分析研究，提出傾斜立木的胸徑檢測(cè)技術(shù)。

1 原理與方法

立木樹(shù)干和樹(shù)干上的激光光斑位于同一平面上，與圖片采集系統(tǒng)的水平距離也相同，并且成像時(shí)焦距也一樣，所以放大倍數(shù)保持不變，已知激光光斑的實(shí)際尺寸為50mm，由比例關(guān)系可得立木胸徑值為：

其中，為立木胸徑的實(shí)際尺寸，單位mm；50為激光標(biāo)尺的實(shí)際直徑；D為激光標(biāo)尺的直徑；、分別為激光中心到立木邊緣的距離。

2 立木傾斜圖像分割

在圖像采集時(shí)，由于光照不均勻、陰影和傳播路徑等因素導(dǎo)致圖像質(zhì)量的退化很不利于圖像的分析處理，所以要對(duì)圖像進(jìn)行平滑濾波處理，本文選用具有保邊去噪功能的雙邊濾波器對(duì)立木圖像進(jìn)行濾波；又因?yàn)楸疚牟捎玫臍w一化分割要求高內(nèi)存，所以在此基礎(chǔ)上用局部均值法法進(jìn)行一定的像素減少處理，克服計(jì)算量大的缺點(diǎn)。在預(yù)處理的基礎(chǔ)上，采用改進(jìn)的歸一化分割算法對(duì)立木圖像進(jìn)行分割，提高了運(yùn)行效率。

3 圖像識(shí)別

3.1 標(biāo)尺質(zhì)心和直徑

設(shè)維二值圖像為，其中目標(biāo)部分為A，背景部分為B，即公式為：

令表示動(dòng)態(tài)質(zhì)心，函數(shù)為圖像各點(diǎn)到的歐氏距離。和的內(nèi)積表示圖像與模板在動(dòng)態(tài)質(zhì)點(diǎn)的相關(guān)值，實(shí)質(zhì)上是計(jì)算h的最小值。

本節(jié)所選圖片的激光光斑質(zhì)心坐標(biāo)為（X，Y）= （1.918485e+02，1.538021e+02）。直徑即紅色激光區(qū)域的等效直徑，利用matlab自帶函數(shù)求取，D=27.1984。

3.2 特定方向的灰度變化

以標(biāo)尺的中心坐標(biāo)左右掃描，掃描的方向所在的直線斜率為，灰度值明顯變化的點(diǎn)為我們所求特征點(diǎn)，記錄特征點(diǎn)的坐標(biāo)。

所取特征點(diǎn)的坐標(biāo)為：（146.4757，85.6064）、（135.6767，97.4338）、（114.5930，115.4322）、（85.7956， 153.4858）、（13.8023，241.9347）；所取特征點(diǎn)的坐標(biāo)為：（371.2453，64.0982）、（314.3361，154.3567）、（280.3312，198.6580）、（261.1510，224.2934）、（249.7148， 237.1673）。

3.3 最小二乘法擬合兩條直線

由最小二乘法求得：的直線方程為y =–1.1874 x + 256.6489；的直線方程為y =–1.4218 x +594.8426。求取圓心到直線的距離d1、d2分別為d1=70.4914；d2=86.8044

由比例關(guān)系得：

利用輪尺得到的傾斜立木的胸徑為28.60mm，本文將誤提取率定義為：

式中為誤提取率，是提取的立木胸徑，是實(shí)際的立木胸徑。立木胸徑的平均誤提取率為1.12%，小于森林資源清查1.5%的誤差要求，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖所示：

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)傾斜立木邊緣識(shí)別情況進(jìn)行了分析，結(jié)果滿足精準(zhǔn)林業(yè)的要求。但此方法有一定的局限性，對(duì)自然環(huán)境有一定的要求，在以后的研究中要對(duì)設(shè)備和圖像處理方法進(jìn)行改進(jìn)，使此方法更加實(shí)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 黃曉東，馮仲科，陳金星，等.自動(dòng)測(cè)量胸徑和樹(shù)高便攜設(shè)備的研制與測(cè)量精度分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2015，31（18）：92-99.

[2] 沈亞峰，王歆暉，鞏宇涵，等.基于智能手機(jī)圖像分析的樹(shù)木胸徑測(cè)量研究[J].江蘇林業(yè)科技，2017，44（1）：28-33.

作者簡(jiǎn)介

鄂雪（1992-），女，遼寧省丹東市人；學(xué)歷：碩士，現(xiàn)就職單位：北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院，研究方向：機(jī)器視覺(jué)。