專利名稱：基于單幅圖像的立木遮擋樹(shù)枝識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及森林資源調(diào)查，尤其涉及一種基于單幅圖像的立木遮擋樹(shù)枝 識(shí)別方法。
背景技術(shù)：
森林是地球上重要的可更新的資源，是人類生存在必要條件，森林為多 種生物提供了棲息的環(huán)境，是地球上最重要的生命維持系統(tǒng)。而樹(shù)木又是森 林的基本組成部分，現(xiàn)實(shí)情況中為了讓樹(shù)木更好的生長(zhǎng)，需要將樹(shù)木進(jìn)行整 枝。目前整枝作業(yè)一般由人工完成，但是其作業(yè)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，人力 成本很高，并且有一定的安全隱患。為了解決上述問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)提供了一 種遙控自動(dòng)立木整枝機(jī)，該整枝機(jī)可以由人工操作遙控進(jìn)行整枝作業(yè)，但是 需要人工在現(xiàn)場(chǎng)仰頭注視樹(shù)木，當(dāng)需要整枝時(shí)，通過(guò)遙控整枝機(jī)進(jìn)行整枝作 業(yè)。為了解決上述問(wèn)題，北京林業(yè)大學(xué)提供了一種智能整枝機(jī)器人，該整枝 機(jī)器人通過(guò)機(jī)器人的視覺(jué)系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別立木樹(shù)枝，完成整枝作業(yè)。在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)存在如下問(wèn)題 現(xiàn)有技術(shù)中的整枝機(jī)器人是通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別立木樹(shù)枝的，而整枝 機(jī)器人的視覺(jué)系統(tǒng)在拍攝圖像時(shí)，也會(huì)將待整枝的樹(shù)木周圍的其它樹(shù)木的樹(shù) 枝也一起拍攝在圖像中， 一般將其它樹(shù)木的樹(shù)枝叫做遮擋枝；而現(xiàn)行的整枝 機(jī)器人無(wú)法通過(guò)拍攝圖像分辨出那些是遮擋枝，尤其是無(wú)法通過(guò)單幅圖像分 辨出那些是遮擋枝，造成了整枝機(jī)器人的誤操作較多。發(fā)明內(nèi)容鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題，本發(fā)明的具體實(shí)施方式
提供一種基于 單幅圖像的立木遮擋樹(shù)枝識(shí)別方法，上述方法能夠分辨出遮擋枝，從而減少 整枝機(jī)器人的誤操作。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明具體實(shí)施方式
提供一種基于單幅圖像的立木遮擋樹(shù)枝識(shí)別方法， 所述方法包括將拍攝的立木圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理后，進(jìn)行圖像分割去掉所述立木圖像 的背景信息；將去掉背景信息的所述立木圖像的樹(shù)干部分去除，得到多個(gè)樹(shù)枝圖像； 將多個(gè)所述樹(shù)枝圖像細(xì)化得到多個(gè)樹(shù)枝骨架；在判斷出各個(gè)樹(shù)枝骨架上的點(diǎn)符合線性關(guān)系時(shí)，對(duì)所述各個(gè)樹(shù)枝骨架進(jìn) 行直線擬合，得出所述各個(gè)樹(shù)枝骨架的直線方程；根據(jù)任意二個(gè)樹(shù)枝骨架直線方程的截距和斜率計(jì)算出任意二個(gè)樹(shù)枝骨架 對(duì)應(yīng)二個(gè)樹(shù)枝的相似度，在所述相似度大于設(shè)定值時(shí)，判斷出所述二個(gè)樹(shù)枝 為遮擋樹(shù)枝。由上述本發(fā)明的具體實(shí)施例提供的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明的具體實(shí) 施例所述的技術(shù)方案通過(guò)計(jì)算樹(shù)枝的相似程度，并根據(jù)計(jì)算出的樹(shù)枝相似程 度的值來(lái)判斷樹(shù)枝是否為遮擋枝，從而減少整枝機(jī)器人的誤操作。


圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式
所述方法的流程圖。圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例1所述方法的流程圖。圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例1中的拍攝出的單幅圖像。圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例1中的去掉背景信息的立木圖像。圖5為本發(fā)明具體實(shí)施例1中的多個(gè)樹(shù)枝圖像。 圖6為本發(fā)明具體實(shí)施例1中的樹(shù)枝骨架圖像。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明具體實(shí)施方式
提供一種基于單幅圖像的立木遮擋樹(shù)枝識(shí)別方法，所述方法如圖1所示，包括以下步驟步驟11、將拍攝的立木圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理后，進(jìn)行圖像分割去掉所述 立木圖像的背景信息；該步驟中的圖像預(yù)處理的方法可以采用濾波的方法降低噪聲，以減低噪 聲對(duì)后期圖像處理分析的影響，該濾波的方法可以采用中值濾波；該步驟中 的進(jìn)行圖像分割去掉所述立木圖像的背景信息可以通過(guò)以下方法實(shí)現(xiàn)，采用 迭代閾值分割方法提取立木和樹(shù)枝，去掉背景信息。步驟12、將去掉背景信息的所述立木圖像的樹(shù)干部分去除，得到多個(gè)樹(shù) 枝圖像；實(shí)現(xiàn)該步驟的方法可以為，對(duì)去掉背景信息的立木圖像采用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué) 的基本運(yùn)算-腐蝕和膨脹來(lái)實(shí)現(xiàn)樹(shù)枝的提取。其實(shí)現(xiàn)的具體操作可以為，首 先，對(duì)去掉背景信息的立木圖像進(jìn)行N次腐蝕，把樹(shù)枝消除。然后再對(duì)該圖像 進(jìn)行N+1次膨脹，從而得到樹(shù)干圖像；用去掉背景信息的立木圖像減去樹(shù)干圖 像，就得到了僅有多個(gè)樹(shù)枝圖像。步驟13、將多個(gè)所述樹(shù)枝圖像細(xì)化得到多個(gè)樹(shù)枝骨架； 實(shí)現(xiàn)該步驟的方法可以為，通過(guò)公式(1)對(duì)樹(shù)枝圖像進(jìn)行細(xì)化，得到樹(shù) 枝的骨架。} = (... (04，, 2)...) ^ (1)步驟14、在判斷出各個(gè)樹(shù)枝骨架上的點(diǎn)符合線性關(guān)系時(shí)，對(duì)所述各個(gè)樹(shù) 枝骨架進(jìn)行直線擬合，得出所述各個(gè)樹(shù)枝骨架的直線方程；該步驟中的判斷出各個(gè)樹(shù)枝骨架上的點(diǎn)符合線性關(guān)系可以通過(guò)下述方法 實(shí)現(xiàn)，根據(jù)公式(2)計(jì)算每一段樹(shù)枝骨架二維坐標(biāo)的線性系統(tǒng)，在計(jì)算出的線性系數(shù)卜l 〉 0.9時(shí)，判斷出該段樹(shù)枝骨架上的點(diǎn)符合線性關(guān)系。(2)"2>2_(2>)2)'("2>2-(2>)2) 該步驟中的對(duì)所述各個(gè)樹(shù)枝骨架進(jìn)行直線擬合，得出所述各個(gè)樹(shù)枝骨架的直線方程的實(shí)現(xiàn)方法可以為，根據(jù)公式(3)對(duì)所述r >0.9的樹(shù)枝骨架進(jìn)行直線擬合，得出每個(gè)樹(shù)枝骨架的直線方程 <formula>formula see original document page 6</formula>步驟15、根據(jù)任意二個(gè)樹(shù)枝骨架直線方程的截距和斜率計(jì)算出任意二個(gè) 樹(shù)枝骨架對(duì)應(yīng)二個(gè)樹(shù)枝的相似度；實(shí)現(xiàn)該步驟的方法可以為，根據(jù)公式(4)計(jì)算出相似度。<formula>formula see original document page 6</formula>(4)其中Kjj表示第i個(gè)樹(shù)枝和第j個(gè)樹(shù)枝的相似度，A卜Bj為第i樹(shù)枝骨架直線方程的截距和斜率，Aj、 Bj為第j個(gè)樹(shù)枝骨架直線方程的截距和斜率。步驟16、判斷所述相似度是否大于設(shè)定值，在大于設(shè)定值時(shí)，判斷出所 述二個(gè)樹(shù)枝為遮擋樹(shù)枝；在小于或等于設(shè)定值時(shí)，判斷出所述二個(gè)樹(shù)枝不是 遮擋樹(shù)枝。該步驟中的設(shè)定值用戶可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)不同樹(shù)種進(jìn)行設(shè)定，這里優(yōu)選設(shè)定值為100，該設(shè)定值是通過(guò)對(duì)已知的遮擋樹(shù)枝進(jìn)行計(jì)算，得出當(dāng)是遮擋樹(shù)枝時(shí)，相似度的值一般都大于100;本發(fā)明具體實(shí)施方式
不局限設(shè)定的具體 數(shù)值。實(shí)現(xiàn)上述步驟的裝置可以為整枝機(jī)器人或自動(dòng)立木整枝機(jī)，本發(fā)明具體 實(shí)施方式不局限實(shí)現(xiàn)該步驟的具體裝置。為更好的描述本發(fā)明實(shí)施方式所述的方法，現(xiàn)結(jié)合附圖2 7對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)4于i兌明實(shí)施例1:本發(fā)明實(shí)施例1提供一種基于單幅圖像的立木遮擋樹(shù)枝識(shí)別方 法，本實(shí)施例1的技術(shù)背景為假設(shè)圖3即為拍攝出的單幅圖像，本實(shí)施例1 中的方法都是對(duì)圖3進(jìn)行處理的，設(shè)定值可以為100，該方法包括如下步驟步驟21、對(duì)拍攝出的單幅圖像圖3進(jìn)行中值濾波降低噪聲后，采用迭代 閾值分割方法提取立木和樹(shù)枝，去掉背景信息；去掉背景信息的立木圖像如 圖4所示；步驟22、對(duì)去掉背景信息的立木圖像圖4采用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)基本運(yùn)算-腐 蝕和膨脹去掉樹(shù)干部分，得到多個(gè)樹(shù)枝圖像；得出的多個(gè)樹(shù)枝圖像如圖5所示；步驟23、將多個(gè)樹(shù)枝圖像圖5細(xì)化得到多個(gè)樹(shù)枝骨架；得到的多個(gè)樹(shù)枝 骨架如圖6所示；步驟24、計(jì)算多個(gè)樹(shù)枝骨架的線性系數(shù)；在線性系數(shù)進(jìn)行下述步驟； 實(shí)現(xiàn)該步驟的方法可以為，根據(jù)公式(2)計(jì)算多個(gè)樹(shù)枝骨架L1、 L2、L3、 L4的線性系數(shù)，根據(jù)公式(2)計(jì)算出的L1、 L2、 L3、 L4的線性系數(shù)的絕對(duì)值均大于0.9。步驟25、將多個(gè)樹(shù)枝骨架圖6中的樹(shù)枝骨架進(jìn)行直線擬合得出樹(shù)枝骨架 的直線方程；實(shí)現(xiàn)該步驟的具體方法可以為，對(duì)圖6中的樹(shù)枝骨架L1、 L2、 L3、 L4根據(jù)公式(3)進(jìn)行直線擬合，得出直線方程如下Ll:y = —0.664X +293.664 m = -0.252X +277.274 Z3::r = —0.807Z +136.411 丄4:7 =-0.7361+ 126.107步驟26、根據(jù)任意二個(gè)樹(shù)枝骨架直線方程的截距和斜率計(jì)算出任意二個(gè) 樹(shù)枝骨架對(duì)應(yīng)二個(gè)樹(shù)枝的相似度；實(shí)現(xiàn)該步驟的具體方法可以為根據(jù)步驟25中的直線方程得出 Al=293. 664， Bl=-0. 664 A2=277. 274， B2=-0. 252 A3=136. 411, B3=-0. 807 A4=126. 107， B4=-0. 736根據(jù)公式(4)計(jì)算出相似度，其計(jì)算的結(jié)果如下L1與L2的相似度為 L1與L3的相似度為 L1與L4的相似度為 L2與L3的相似度為 L2與L4的相似度為 L3與L4的相似度為K12=19.36 K13=7.03 K14=12,18 K23=1.40 K24=1.36 K34= 138.42步驟27、根據(jù)計(jì)算出的相似度判斷出L3與L4的相似度大于100,屬于遮擋樹(shù)枝。本發(fā)明具體實(shí)施方式
所述的方法，通過(guò)計(jì)算樹(shù)枝的相似程度，并根據(jù)計(jì) 算出的樹(shù)枝相似程度的值來(lái)判斷樹(shù)枝是否為遮擋枝，從而減少整枝機(jī)器人的 誤操作。本發(fā)明具體實(shí)施方式
所述的技術(shù)方案能判斷樹(shù)枝是否為遮擋枝，且減少 整枝機(jī)器人的誤操作。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不 局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可 輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在
權(quán)利要求
1、一種基于單幅圖像的立木遮擋樹(shù)枝識(shí)別的方法，其特征在于，所述方法包括將拍攝的立木圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理后，進(jìn)行圖像分割去掉所述立木圖像的背景信息；將去掉背景信息的所述立木圖像的樹(shù)干部分去除，得到多個(gè)樹(shù)枝圖像；將多個(gè)所述樹(shù)枝圖像細(xì)化得到多個(gè)樹(shù)枝骨架；在判斷出各個(gè)樹(shù)枝骨架上的點(diǎn)符合線性關(guān)系時(shí)，對(duì)所述各個(gè)樹(shù)枝骨架進(jìn)行直線擬合，得出所述各個(gè)樹(shù)枝骨架的直線方程；根據(jù)任意二個(gè)樹(shù)枝骨架直線方程的截距和斜率計(jì)算出任意二個(gè)樹(shù)枝骨架對(duì)應(yīng)二個(gè)樹(shù)枝的相似度，在所述相似度大于設(shè)定值時(shí)，判斷出所述二個(gè)樹(shù)枝為遮擋樹(shù)枝。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)任意二個(gè)樹(shù)枝骨 架直線方程的截距和斜率計(jì)算出任意二個(gè)樹(shù)枝骨架對(duì)應(yīng)二個(gè)樹(shù)枝的相似度包 括根據(jù)<formula>formula see original document page 2</formula>計(jì)算出樹(shù)枝的相似度，其中K為相似度，A1、 B1為一個(gè)樹(shù)枝骨架直線方程的 截距和斜率，A2、 B2為另一個(gè)樹(shù)枝骨架直線方程的截距和斜率。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將去掉背景信息的所 述立木圖像的樹(shù)干部分去除，得到多個(gè)樹(shù)枝圖像包括將去掉背景信息的所述立木圖像采用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)基本運(yùn)算一腐蝕和膨脹 來(lái)去除樹(shù)干部分，得到多個(gè)樹(shù)枝圖像。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于單幅圖像的立木遮擋樹(shù)枝識(shí)別方法，所述方法涉及森林調(diào)查領(lǐng)域，所述方法包括將拍攝的立木圖像進(jìn)行圖像預(yù)處理后，進(jìn)行圖像分割去掉所述立木圖像的背景信息；將樹(shù)干部分去除，得到多個(gè)樹(shù)枝圖像；將圖像細(xì)化得到多個(gè)樹(shù)枝骨架；對(duì)所述各個(gè)樹(shù)枝骨架進(jìn)行直線擬合，得出所述各個(gè)樹(shù)枝骨架的直線方程；根據(jù)任意二個(gè)樹(shù)枝骨架直線方程的截距和斜率計(jì)算出任意二個(gè)樹(shù)枝骨架對(duì)應(yīng)二個(gè)樹(shù)枝的相似度，在所述相似度大于設(shè)定值時(shí)，判斷出所述二個(gè)樹(shù)枝為遮擋樹(shù)枝。本發(fā)明所述方法有判斷樹(shù)枝是否為遮擋樹(shù)枝，減少整枝機(jī)器人的誤操作的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G06K9/46GK101216894SQ20081005575
公開(kāi)日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2008年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月8日
發(fā)明者李文彬, 磊 楊, 闞江明 申請(qǐng)人:北京林業(yè)大學(xué)