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基于运动恢复结构的多株立木因子测量方法

顾雯钧 徐爱俊 尹建新

顾雯钧, 徐爱俊, 尹建新. 基于运动恢复结构的多株立木因子测量方法[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210547
引用本文: 顾雯钧, 徐爱俊, 尹建新. 基于运动恢复结构的多株立木因子测量方法[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210547
GU Wenjun, XU Aijun, YIN Jianxin. Measuring method of multiple trees attributes based on structure from motion[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210547
Citation: GU Wenjun, XU Aijun, YIN Jianxin. Measuring method of multiple trees attributes based on structure from motion[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210547

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基于运动恢复结构的多株立木因子测量方法

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210547
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(31670641);浙江省科技重点研发计划项目(2018C02013);浙江省公益基金项目(LGN21C160004)
详细信息
    作者简介: 顾雯钧(ORCID: 0000-0002-0025-1155),从事农林业智能设备与信息系统研究。E-mail: 296868527@qq.com
    通信作者: 徐爱俊(ORCID: 0000-0001-6789-6938),教授,博士,从事农林业智能设备与信息系统研究。E-mail: xuaj1976@163.com
  • 中图分类号: S758.1

Measuring method of multiple trees attributes based on structure from motion

  • 摘要:   目的  提出基于运动恢复结构的多株立木因子测量方法,以解决目前基于三维点云的立木因子测量方法获取立木树高和胸径存在效率低或成本高的问题。  方法  ①使用智能手机环绕包含多株立木的场景拍摄一段视频,并采用固定帧采样法和差异值哈希算法自动提取立木视频中的关键帧图像,然后,基于运动恢复结构(structure from motion,SfM)算法处理立木关键帧图像,从而获取立木场景的原始三维点云;②在对原始三维点云进行预处理及初步分割后,运用条件欧几里得聚类算法对多株立木三维点云进行分割,以提取单株立木三维点云;③对立木三维点云使用最值遍历法和椭圆拟合法实现立木树高和胸径的自动测量。  结果  与真实值相比,本研究方法测得的树高、胸径的平均相对误差分别为1.96%、3.19%,均方根误差分别为0.133 3 m、0.533 7 cm,相关系数分别为0.987 9、0.962 1。  结论  该方法具有较高的树高和胸径测量精度,提供了一种便捷、低成本的多株立木因子三维测量方法。图6表1参27
  • 图  1  拍摄路线示意图

    Figure  1  Schematic diagram of shooting route

    图  2  生成立木三维点云流程图

    Figure  2  Flow chart of creating 3D point cloud of trees

    图  3  立木高度提取示意图

    Figure  3  Schematic diagram of tree height extraction

    图  4  胸径提取示意图

    Figure  4  Schematic diagram of tree DBH extraction

    图  5  立木三维点云处理结果

    Figure  5  3D point cloud processing results of trees

    图  6  树高和胸径的测量值与实际值的回归分析

    Figure  6  Regression analysis of measured and actual values of tree height and DBH

    表  1  树高和胸径的测量值与实际值

    Table  1.   Measured and actual values of tree height and DBH

    立木
    编号
    树高胸径
    实际
    值/m
    测量
    值/m
    相对误
    差/%
    实际
    值/cm
    测量
    值/cm
    相对误
    差/%
    16.146.100.6315.6014.854.85
    24.984.872.1513.0613.332.07
    35.495.530.8412.7413.002.09
    45.645.492.6014.9715.584.06
    53.423.390.9310.8310.621.87
    63.493.551.6912.2613.116.91
    74.534.402.7812.9012.254.99
    84.314.212.3914.3314.091.70
    96.656.600.7119.4319.141.44
    106.196.081.7918.6319.353.87
    117.176.933.4018.8018.421.94
    125.635.731.6718.7219.393.58
    137.527.352.1816.9717.271.77
    147.477.203.5619.0418.592.37
    155.585.691.9315.1314.365.08
    165.015.050.6411.9412.202.16
    175.415.272.5712.6712.461.68
    187.186.982.7816.0816.884.93
    平均值1.963.19
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出版历程
  • 收稿日期:  2021-08-09
  • 录用日期:  2022-01-18
  • 修回日期:  2021-09-10

基于运动恢复结构的多株立木因子测量方法

doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210547
    基金项目:  国家自然科学基金资助项目(31670641);浙江省科技重点研发计划项目(2018C02013);浙江省公益基金项目(LGN21C160004)
    作者简介:

    顾雯钧(ORCID: 0000-0002-0025-1155),从事农林业智能设备与信息系统研究。E-mail: 296868527@qq.com

    通信作者: 徐爱俊(ORCID: 0000-0001-6789-6938),教授,博士,从事农林业智能设备与信息系统研究。E-mail: xuaj1976@163.com
  • 中图分类号: S758.1

摘要:   目的  提出基于运动恢复结构的多株立木因子测量方法,以解决目前基于三维点云的立木因子测量方法获取立木树高和胸径存在效率低或成本高的问题。  方法  ①使用智能手机环绕包含多株立木的场景拍摄一段视频,并采用固定帧采样法和差异值哈希算法自动提取立木视频中的关键帧图像,然后,基于运动恢复结构(structure from motion,SfM)算法处理立木关键帧图像,从而获取立木场景的原始三维点云;②在对原始三维点云进行预处理及初步分割后,运用条件欧几里得聚类算法对多株立木三维点云进行分割,以提取单株立木三维点云;③对立木三维点云使用最值遍历法和椭圆拟合法实现立木树高和胸径的自动测量。  结果  与真实值相比,本研究方法测得的树高、胸径的平均相对误差分别为1.96%、3.19%,均方根误差分别为0.133 3 m、0.533 7 cm,相关系数分别为0.987 9、0.962 1。  结论  该方法具有较高的树高和胸径测量精度,提供了一种便捷、低成本的多株立木因子三维测量方法。图6表1参27

English Abstract

顾雯钧, 徐爱俊, 尹建新. 基于运动恢复结构的多株立木因子测量方法[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210547
引用本文: 顾雯钧, 徐爱俊, 尹建新. 基于运动恢复结构的多株立木因子测量方法[J]. 浙江农林大学学报. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210547
GU Wenjun, XU Aijun, YIN Jianxin. Measuring method of multiple trees attributes based on structure from motion[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210547
Citation: GU Wenjun, XU Aijun, YIN Jianxin. Measuring method of multiple trees attributes based on structure from motion[J]. Journal of Zhejiang A&F University. doi: 10.11833/j.issn.2095-0756.20210547

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