[发明专利]一种使用智能手机重建人工林森林模型获取单木参数的方法

说明书

本发明公开一种使用智能手机重建人工林森林模型获取单木参数的方法，适用于人工林森林模型获取和森林资源调查，属于计算机视觉在林业应用技术领域范畴，关键技术要点包括：1.使用智能手机获取林木图像信息；2.使用针对林业改进的三维重建算法得到人工林森林模型；3.在人工林森林模型上量测单木参数。解决的关键性问题包括：1.只需在地面调查时使用智能手机获取目标林地的照片，降低地面调查工作量，极大提高调查效率；2.获取可视化人工林森林模型进行量测且精度更高，避免人为因素影响。该发明适用于可及且林下可视环境较好的人工林，是首次使用智能手机获取人工林森林模型并测量单木参数的方法，成果可为人工林资源快速精准调查工作提供基础性数据依据。

一、技术领域

本发明涉及一种计算机视觉与森林资源调查的交叉领域中的人工林森林模型重建方法，特别是一种使用智能手机重建人工林森林模型的方法，适用于人工林森林模型获取和森林资源调查，属于计算机视觉在林业应用技术领域。

二、技术背景

树高、胸径和冠幅是进行森林资源调查时重要的单木参数，它们分别通过计算单木树顶点与树底点的差值，距离树底点1.3米处主干宽度，林木树冠的南北和东西方向宽度的平均值来反应林木生长状况，从而完成林木调查并制定合理的经营措施。在传统的森林调查方法中，主要是依靠人工每木检尺，但该传统方法存在明显的缺点和不足：

(1)人工视角有限，对于枝叶茂盛的高大林木，难以准确观察到树冠上部至顶端的情况；

(2)人工观察难以准确得到林木轮廓边界，目视测量精度低，人为误差大；

(3)人工观察工作量大、所需时间长、效率低下，在大范围人工林调查中存在很大局限性。

因此，在单木林木参数测量工作中，传统方法精度低、效率低，急需一种使用计算机视觉手段重建人工林森林模型，并根据模型量取林木参数来提升估计精度和估计效率的方法，从而为人工林森林调查提供有力的技术支持。

三、发明内容

为了解决传统人工林森林资源人工量测时存在的低精度和低效率的问题，本发明的目的是提供一种使用智能手机重建人工林森林模型来获取单木参数的方法。它通过便捷快速高效的智能手机拍照获取的林木照片来进行人工林森林模型的重建，并在模型上对单木参数进行量测，实现单木参数的高效精确获取，提升工作效率和精度，克服传统人工每木检尺的缺点。

本发明的目的是这样实现的：使用智能手机围绕样地对测量目标区域进行拍照，获取林木照片，并在VisualStudio编译器中使用C++开发语言和开源pcl点云处理库自主研发人工林森林模型重建软件系统，依次通过相机定标、序列图像增强、特征检测、特征匹配、稀疏重建和点云加密步骤完成林木模型重建，在对森林模型进行单木分割处理后，量测得到单木胸径、树高和冠幅参数。

本发明与传统目视判断以及近景摄影估计单木参数的解析法相比具有以下优点：

(1)仅需围绕目标区域进行拍照获取图像照片，对比传统方法，大大降低了地面测量的工作量，缩短实地测量时间，边长20米的正方形样地仅需15分钟拍照时间，数据获取迅速，数据处理流程简单，可实现自动化获取，提升工作效率；

(2)本方法可以获取林木在空间中的真实三维点云，与针对林木图像进行几何解析方法估算单木参数相比，弥补了几何解析无法得到真三维模型的短板，并且得到的人工林森林模型可直接用于森林可视化经营；

(3)几何解析法均采用拟合模型近似得到参数，精度难以提高，本方法中在森林模型上量取单木参数可以提升量测精度，更加客观精确，避免工作人员水平对测量结果的影响。

四、附图说明：

下面结合附图和实例对本发明进一步说明。

图1为本发明的主要技术流程图；

图2为图像增强技术流程图；