CN108571931A - 一种以tof深度相机为工具的测树方法 - Google Patents

一种以tof深度相机为工具的测树方法 Download PDF

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冯仲科
申朝永
范永祥
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Abstract

本发明公开了一种以TOF深度相机为工具的测树方法。该方法利用TOF深度相机对树木拍摄照片，利用照片上测定的树木胸径和树高的像素值大小，以及深度相机记录的每个像素的距离信息(该距离信息为拍摄物体到相机焦平面的距离)，通过三角形余弦定理计算树木的实际胸径和树高大小。

Description

一种以TOF深度相机为工具的测树方法
一、技术领域
本发明涉及一种以TOF深度相机为工具的测树方法。
二、技术背景
传统的森林调查中，胸径和树高是立木测定的最基本因子，通过树高和胸径还可计算立木材积、立地指数，估算森林蓄积量、生物量、碳储量等指标，从而评价立地质量和林木生长状况。林业森林资源调查中传统的方式测定胸径主要采用胸径围尺、测定树高则使用测高器，这都要求测量人员要站在被测立木边上进行接触式手工测量，测量精度较低。近年来采用的测树枪、超声波测树仪等非接触测量工具，仅能测定胸径和树高的数值，不能记录树木生长状态，不利于树木生长量的动态监测和历史回溯。
三、发明内容
为了高精度测量林木的胸径、树高，同时记录树木的生长状态，本发明提出一种使用TOF深度相机记录树木生长状态，并测定树高、胸径等立木因子的方法。其特征是：利用TOF深度相机对树木拍摄照片，记录树木的生长形态，利用照片上测定的树木胸径和树高的像素值大小，以及深度相机记录的每个像素的距离信息(该距离信息为拍摄物体到相机焦平面的距离)，通过三角形余弦定理计算树木的实际胸径和树高大小。
本发明的有益效果为：本发明把TOF深度相机引入林木测量，利用摄影测量非接触操作的优点，记录树木形态的同时还可计算树木的胸径和树高等测树因子。TOF相机小巧、轻便、易操作，计算方法简单易掌握，可为森林调查提供一种便携、易用、高效的解决方案。
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为拍摄方法示意图
图2为树高在相机焦平面上投影示意
图3为树高在像平面坐标系中的位置
图4为胸径高度计算示意图
图5为胸径在像平面坐标系中的位置
五、具体实施方式：
(1)将TOF深度相机对准要测定的树木，使主光轴尽量与地面平行，通过调整焦距和拍摄距离使树木可在单张照片中完整记录，记下拍摄时相机的焦距f (图1)；
(2)树高的计算方法如图2、图3所示，
根据余弦定理:
其中T为被测树的顶点，E为被测树的地面点，其在深度相机焦平面的投影分别为t、e，xt、yt和xe、ye分别为t、e在像平面坐标系下的坐标，S为成像中心点，s为S在焦平面上的投影，f为相机的焦距。
同样，根据余弦定理树木高ET可由以下公式求出：
其中，ST为深度相机记录的T到相机焦平面的距离，SE为深度相机记录的 T到相机焦平面的距离。
(3)测定胸径时，先要找到相片上树高1.3米对应的高度位置。由于相机主光轴与地面平行，如图4所示，由相似三角形原理通过以下公式计算1.3米处胸径在相片平面坐标系的高度坐标：
树木底端E的坐标ye+ed即为1.3米处胸径的高度位置，以(0，ye+ed)为中心，画一条平行于像平面坐标系x轴的水平线，水平线与树干相交的两点L、 R，计算LR的长度即为胸径(图5)，计算方式与树高类似，在此不赘述。
本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种使用TOF深度相机测定树高、胸径等立木因子的方法；其特征是：利用TOF深度相机对树木拍摄照片，利用照片上的测定的树木胸径和树高的像素值大小，以及深度相机记录的每个像素的距离信息(该距离信息为拍摄物体到相机焦平面的距离)，通过三角形余弦定理计算树木的实际胸径和树高大小；
具体步骤如下：
(1)将TOF深度相机对准要测定的树木，使主光轴尽量与地面平行，通过调整拍摄距离使树木可在单张照片中完整记录；
(2)在照片中量取被测树的顶点和被测树的地面点，根据深度相机测定的相机焦平面到树木的距离，利用余弦定理求得树木高度；
(3)测定胸径时，先量算出相片上树高1.3米对应的高度位置，量取照片中胸径边缘处两点位置，同样根据深度相机测定的相机焦平面到树木的距离，利用余弦定理求得树木胸径。
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