基于摄影测量的树木形态模型参数快速获取方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103218812A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103218812103218812A(43)申请公布日2013.07.24(21)申请号201310112054.2(22)申请日2013.04.02(71)申请人中国林业科学研究院资源信息研究所地址100091北京市海淀区东小府2号(72)发明人刘闽张怀清鞠洪波蒋娴陈永富(74)专利代理机构北京市商泰律师事务所11255代理人毛燕生(51)Int.Cl.G06T7/00(2006.01)权权利要求书3页利要求书3页说明书6页说明书6页附图3页附图3页(54)发明名称基于摄影测量的树木形态模型参数快速获取方法(57)摘要本发明涉及树木形态可视化模型模拟和近景摄影测量的图像校正，特别是基于摄影测量的树木形态模型参数快速获取方法，属于计算机技术领域，该方法包括：选择幂函数形式的树木形态模型，树木图像的拍照和辅助测量，树木图像的校正，模型与图像的匹配，相对于现有技术而言，本发明是针对准确获取二维树木外围轮廓信息的要求而特别制定的，对设备要求不高，辅助测量简单，容易实现，因此，有利于野外数据的获取和推广使用，另一方面，选择的树木形态模型中包含了树木形态的关键性指标，即冠形指数；非常有利于树木形态的描述和不同树种模型的统一。CN103218812ACN10328ACN103218812A权利要求书1/3页1.基于摄影测量的树木形态模型参数快速获取方法，其特征在于包含以下步骤：步骤1）选择幂函数形式的树木形态模型，确定其模型参数的估算方法；步骤2）树木图像的拍照和辅助测量，并对图像进行正射校正和图像重采样，作用是获得包含树木形态参数的树木轮廓和校正辅助数据；步骤3）树木图像的校正，作用是将中心投影图像还原成二维正射图像；步骤4）模型与图像的匹配，作用是获取树木冠形指数的数值。2.根据权利要求1所述的基于摄影测量的树木形态模型参数快速获取方法，其特征在于，所述步骤1）进一步包括：第一，对树木进行上下满幅方式的拍照（即树尖和树根占据拍摄画面的上下边缘），并将树木主干对应像片水平的中间位置，记录拍摄时的相机高度h0（当拍摄者不改变时只需要记录一次）；第二，用Trupulse200激光测量仪测量拍摄距离L和仰角γ2；到此，一棵树木形态参数的外业调查结束。与其它调查方法相比具有十分快捷的特点。3.根据权利要求1所述的基于摄影测量的树木形态模型参数快速获取方法，其特征在于，所述步骤2）进一步包括：树木轮廓的正射影像是真实物体在某个水平方向的二维拷贝；图像上每个像素代表的实际大小相同；相机拍摄的图像是物体中心投影的结果，当拍摄物体高度是相机高度的两倍时，照相机光轴与被摄物体轮廓平面（二维拷贝平面）正交，被摄物体轮廓与拍摄图像相似；当被拍摄物体高于相机高度两倍以上时（大多数拍摄情况），照相机光轴与被摄物体轮廓所形成的平面不再正交，像主点与被摄物体中心点不重合；使拍摄的树木照片存在投影误差，所拍摄照片无法用于测量；如果将像片上的每个像素逆向投影到树木轮廓所在的平面，则可以得到树木的真实轮廓；以下分几个步骤完成这种校正：第一步，求虚拟像平面方程：假设在空间存在一个平面，其法向量为拍摄时的光轴，并且平面过树干根部，如图中的S平面；由于该平面与拍摄的像平面平行，其像元存在完全的点对应关系，因此为虚拟的拍摄图像的放大图，称其为虚拟像平面；1）虚拟像平面的像主点坐标为P(x0,y0,z0)：y0＝0其中，L为拍摄距离，h0为相机高度，γ1为下俯角,γ1=arctg(h0/L),β为相机上下视场角的一半，γ2为仰角，β=0.5(γ1+γ2)；2）虚拟像平面S的方程虚拟像平面S为过像主点P(x0,y0,z0)，以光轴为法向量的平面，其方程为：3）计算虚拟像平面S上点P的坐标设虚拟像平面S上的坐标P(x,y,z)为OP’（x’,y’,z’）射线与S像平面的交点；其2CN103218812A权利要求书2/3页中，P’（x’,y’,z’）为树木轮廓平面S’上的任意一点坐标；解其交点为：x＝x'ty＝y'tz＝z't其中，由S’平面上的坐标点，得到S平面上相应的交点P；4）求虚拟像平面的范围虚拟像平面的高度当以3：2的行列比例拍摄时，虚拟像平面的下边宽度因此，虚拟像平面的4个顶点坐标P11（x11，y11，z11），P12（x12，y12，z12），P21（x21，y21，z21），P22（x22，y22，z22）为x21=x22=L；y11=0.5Ws，y12=-0.5Ws；y21=0.5Ws，y12=y22=-0.5Ws;z21=z22=-h0；由4个顶点形成虚拟像平面的边界和范围；第二步，求树木轮廓平面：1）网格化树木轮廓平面S’设垂直于地面并