專利名稱：基于信息融合技術(shù)的立木綜合檢測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)器視覺技術(shù)和樹木檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用激光測(cè)距和機(jī)器視覺技術(shù)對(duì)立木進(jìn)行綜合檢測(cè)的裝置。
背景技術(shù)：
機(jī)器視覺是一項(xiàng)集合了數(shù)字圖像處理、機(jī)械、控制、光學(xué)、計(jì)算機(jī)等技術(shù)的綜合技術(shù)。機(jī)器視覺系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行無接觸檢測(cè)，可以快速獲取大量信息，而且易于自動(dòng)處理，因此，機(jī)器視覺技術(shù)作為一種重要的檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)引起人們的重視，并在檢測(cè)領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。在森林資源調(diào)查中，樹徑和樹高的測(cè)量是非常重要的內(nèi)容。國(guó)內(nèi)在測(cè)量單株立木 直徑時(shí)，大多是靠操作人員用卷尺測(cè)量樹木的周長(zhǎng)，然后計(jì)算出樹木的直徑值，或采用按圓周長(zhǎng)等于η倍直徑關(guān)系和卷尺一樣在尺上刻畫刻度的測(cè)徑圍尺來直接讀取樹木的直徑值，作業(yè)過程需要人工讀取、記錄測(cè)量數(shù)據(jù)以及對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，測(cè)量速度慢，勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且不便于對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和管理。在進(jìn)行樹高測(cè)量時(shí)通常采用經(jīng)緯儀進(jìn)行測(cè)量，調(diào)試非常繁瑣。采用機(jī)器視覺的方法進(jìn)行立木的非接觸測(cè)量能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)測(cè)量方法的不足，目前已經(jīng)越來越受到重視。北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院提出一種基于圖像的樹徑檢測(cè)方法(程朋樂，李曉慧，基于圖像的樹徑檢測(cè)方法，中國(guó)專利201010503306. 0，2012-01-25.)，這種方法利用激光的定向性好，發(fā)散角極小的特點(diǎn)將激光光束準(zhǔn)直擴(kuò)束后照射到立木直徑上，利用照射到立木上的光斑作為圖像檢測(cè)的標(biāo)尺，對(duì)立木直徑進(jìn)行檢測(cè)，這種方法不需放置標(biāo)尺，檢測(cè)效率高。但是，實(shí)際測(cè)量中不能保證激光光束與樹干一定垂直，如果激光光束與樹干不垂直，激光照射在樹干上實(shí)際是一個(gè)橢圓形的光斑，這種情況下將光斑作為圓形處理，檢測(cè)出的立木直徑就會(huì)產(chǎn)生很大的誤差，造成這種檢測(cè)方法失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供基于信息融合技術(shù)的立木綜合檢測(cè)裝置，該裝置能夠準(zhǔn)確地檢測(cè)出樹木的真實(shí)直徑值和樹干高度值。本發(fā)明提供的基于信息融合技術(shù)的立木綜合檢測(cè)裝置，其特征在于旋轉(zhuǎn)臂⑴上裝有攝像機(jī)(3)、激光發(fā)射器(2)和激光測(cè)距儀⑷，激光發(fā)射器(2)內(nèi)置擴(kuò)束鏡頭，激光發(fā)射器(2)發(fā)出的激光經(jīng)過擴(kuò)束鏡頭擴(kuò)束以后照射到被測(cè)樹干(10)上，由于激光發(fā)射器(2)與樹干(10)不垂直，故被測(cè)樹干(10)上的激光光斑為橢圓形，其短軸作為測(cè)量樹徑的標(biāo)尺；在旋轉(zhuǎn)臂(I)保持水平時(shí)，激光測(cè)距儀(4)用于測(cè)量立桿(7)與樹干(10)之間的直線距離。旋轉(zhuǎn)臂(I)通過轉(zhuǎn)軸(6)固定在立桿(7)上，并可以繞轉(zhuǎn)軸
(6)自由旋轉(zhuǎn)，立桿(7)上端裝有編碼器(5)，并且編碼器(5)的軸與旋轉(zhuǎn)臂(I) 一起旋轉(zhuǎn)，編碼器(5)用于記錄旋轉(zhuǎn)臂(I)的旋轉(zhuǎn)角度。立桿(7)與底座(9)保持垂直，底座(9)裝有水平儀(8)用于調(diào)整底座(9)保持水平。


附圖為基于信息融合技術(shù)的立木綜合檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施方式做進(jìn)一步說明，基于信息融合技術(shù)的立木綜合檢測(cè)裝置，調(diào)整底座(9)觀察水平儀(8)，使底座(9)保持水平，激光光束經(jīng)過準(zhǔn)直擴(kuò)束后照射到需要測(cè)量樹徑的樹干(10)上，激光光斑為橢圓形，用攝像機(jī)(3)拍攝激光光斑所在位置樹干的圖像，用激光光斑的實(shí)際尺寸作為標(biāo)尺，根據(jù)激光光斑短軸在圖像中的像素?cái)?shù)測(cè)量樹徑，該方法按以下步驟進(jìn)行，(I)激光器發(fā)射的光束經(jīng)過準(zhǔn)直擴(kuò)束后直徑為d mm的光束照射到需要測(cè)量樹徑的樹干上，由于激光光束與樹干不垂直，照射在樹干上的激光光斑變?yōu)闄E圓形，但是其短軸的實(shí)際直徑不變?nèi)匀粸閐 mm,
(2)用數(shù)碼攝像機(jī)(3)拍攝激光光斑所在位置樹干的圖像，(3)所拍攝的數(shù)字圖像上橢圓形激光光斑短徑所占的像素?cái)?shù)為Ii1，樹干沿直徑方向所占的像素?cái)?shù)為n2，(4)計(jì)算所需測(cè)量的樹干直徑Cl1 ,d [ = — 2mmo
ηι樹干高度的測(cè)量按一下步驟進(jìn)行，(I)轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)臂(I)使激光光束照射的需要測(cè)量的樹干頂部，(2)轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)臂(I)使激光光束水平照射到樹干上，用激光測(cè)距儀(4)測(cè)量此時(shí)立桿⑵與樹干(10)之間的直線距離Dm，并用編碼器(5)記錄此時(shí)旋轉(zhuǎn)臂⑴轉(zhuǎn)過的角度α ,(3)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)臂(I)使激光光束照射的需要測(cè)量的樹干底部，并用編碼器(5)記錄此時(shí)旋轉(zhuǎn)臂(I)由水平位置轉(zhuǎn)過的角度β，(4)計(jì)算樹干的高度H，H = D*(tga+tg3 )m。
權(quán)利要求
1.基于信息融合技術(shù)的立木綜合檢測(cè)裝置，其特征在于 旋轉(zhuǎn)臂(I)上裝有攝像機(jī)(3)、激光發(fā)射器(2)和激光測(cè)距儀(4)，激光發(fā)射器(2)內(nèi)置擴(kuò)束鏡頭，激光發(fā)射器(2)發(fā)出的激光經(jīng)過擴(kuò)束鏡頭擴(kuò)束以后照射到被測(cè)樹干(10)上，由于激光發(fā)射器(2)與樹干(10)不垂直，故被測(cè)樹干(10)上的激光光斑為橢圓形，其短軸作為測(cè)量樹徑的標(biāo)尺；在旋轉(zhuǎn)臂(I)保持水平時(shí)，激光測(cè)距儀(4)用于測(cè)量立桿(7)與樹干(10)之間的直線距離。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于旋轉(zhuǎn)臂(I)通過轉(zhuǎn)軸(6)固定在立桿(7)上，并可以繞轉(zhuǎn)軸(6)自由旋轉(zhuǎn)，立桿(7)上端裝有編碼器(5)，并且編碼器(5)的軸與旋轉(zhuǎn)臂(I) 一起旋轉(zhuǎn)，編碼器(5)用于記錄旋轉(zhuǎn)臂(I)的旋轉(zhuǎn)角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的裝置，其特征在于立桿(7)與底座(9)保持垂直，底座(9)裝有水平儀(8)用于調(diào)整底座(9)保持水平。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于信息融合技術(shù)的立木綜合檢測(cè)裝置，激光光束經(jīng)過準(zhǔn)直擴(kuò)束后照射到需要測(cè)量樹徑的樹干(10)上，用攝像機(jī)(3)拍攝激光光斑所在位置樹干的圖像，用激光光斑的實(shí)際尺寸作為標(biāo)尺，根據(jù)激光光斑在圖像中的像素?cái)?shù)測(cè)量樹徑，用編碼器(5)測(cè)量激光光束的旋轉(zhuǎn)角度，用激光測(cè)距儀(4)測(cè)量立桿(7)與樹干(10)之間的直線距離，根據(jù)幾何關(guān)系計(jì)算出樹干的高度。
文檔編號(hào)G01B11/02GK102878934SQ201210355389
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者程朋樂, 劉晉浩, 李曉慧 申請(qǐng)人:北京林業(yè)大學(xué)