[发明专利]基于光学相似三角形法的立木胸径测量方法

权利要求书

1.一种基于光学相似三角形法的立木胸径测量方法，其特征在于，所述测量方法包括如下步骤：

步骤一：对所拍摄的立木图像进行预处理，提取单像素的激光光斑骨架部分后，得到所述激光光斑在相平面的点(X’，Y’)；

步骤二：根据光学相似三角形原理，将上述激光光斑落在相平面的点(X’，Y’)向三维空间进行坐标转换得到点(X，Y，Z)；

步骤三：对上述所得三维空间点(X，Y，Z)进行处理后，向水平方向进行投影得点(X_投，Y_投)；采用最小二乘圆拟合方法对点(X_投，Y_投)进行圆拟合；

步骤四：上述拟合后所得圆半径参数即为被测立木的胸径大小；

2.根据权利要求1所述一种基于光学相似三角形法的立木胸径测量方法，其特征在于，步骤二中所述根据光学相似三角形原理，将激光光斑落在相平面的点(X’，Y’)向三维空间进行坐标转换得到点(X，Y，Z)包括：

由以下表达式：

实现由立木图像的相平面的坐标点(X’，Y’)向三维空间的坐标点(X，Y，Z)的转换；其中，f为实验设备中的焦距，b为激光源到摄像机光轴的距离，θ为激光源A射出的光平面与COMS平面所成夹角。

3.根据权利要求2所述一种基于光学相似三角形法的立木胸径测量方法，所述将激光光斑落在相平面的点(X’，Y’)向三维空间进行坐标转换得到点(X，Y，Z)的坐标转换模型的建立包括：相平面坐标系X’O’Y’的建立与三维坐标系中XOY平面平行，且三维坐标系原点O穿过摄像机光轴所在位置。

4.根据权利要求3所述的坐标转换模型的建立包括：激光源A的位置位于摄像机光轴的下方。 

5.根据权利要求3所述的坐标转换模型的建立包括：激光源发射所形成的激光平面恰好与水平面平行，且上述激光源A射出的光平面与COMS平面所成夹角θ角度可测。

6.根据权利要求1所述一种基于光学相似三角形法的立木胸径测量方法，其特征在于，步骤三中所述对所得三维空间点(X，Y，Z)进行处理，包括对三维空间点(X，Y，Z)中异常点的判断以及对满足坐标转换及圆拟合要求的点进行筛选。

7.根据权利要求1所述一种基于光学相似三角形法的立木胸径测量方法，其特征在于，步骤三中上述处理后的三维空间点(X，Y，Z)，向水平方向进行投影得点(X_投，Y_投)，包括将三维空间点所在坐标平面向水平面投影，所述水平面与三维空间点所在坐标平面之间的夹角为90°-θ；所述投影所得点(X_投，Y_投)与三维空间点中的(X，Y)之间存在如关系：

X_投＝X

Y_投＝Y·cos(90°-θ)。

8.根据权利要求1所述一种基于光学相似三角形法的立木胸径测量方法，其特征在于，采用最小二乘圆拟合方法对点(X_投，Y_投)进行圆拟合包括以下步骤(如下原理推导式中采用X，Y来表达X_投，Y_投)：

令：

 D＝(N∑X_iY_i-∑X_i∑Y_i)

由

得： 

实现最小二乘圆拟合；其中a，b，c为圆一般方程的系数，C，D，E，G，H为中间计算参量，N为所有特征点总数。