樹干直徑的圖像測量方法

陳萬杰

（江蘇省常州高級中學，江蘇常州，213003）

樹干直徑的圖像測量方法

陳萬杰

（江蘇省常州高級中學，江蘇常州，213003）

本文給出了一種基于圖像的測量樹干直徑的方法。該方法利用標定尺為參照物，將標定尺與樹干齊平放置，并通過與之垂直的照相機采集圖像。利用標定尺的實際尺寸與樹干直徑實際尺寸跟圖像上標定尺的像素個數與樹干直徑的像素個數有相同的比例值，可計算得到樹干的直徑。實驗結果表明，所給出的樹干直徑測量方法能夠比較準確地計算出立木樹干的直徑。

樹干；圖像處理；直徑測量

0 引言

活立木在生活中到處可見，也是現在綠化城市、綠化莊園的一個重要的元素。立木樹干的直徑是活立木生長的重要參數，在現代化的很多研究中，活立木樹干直徑的測量已經成為了必不可少的部分[1]。然而，以往對活立木樹干直徑的測量卻一直是一個難點，普通的人工測量需要爬上樹干，用尺進行測量，這樣不僅非常不方便，而且也容易發生墜落事故。為了解決這一問題，提出了基于圖像處理的立木樹干直徑測量方法，希望能夠解決普通測量需要爬上樹干的難題[2]，同時，希望它易于實現、操作方便、簡單、安全。

基于圖像處理技術的尺寸測量方法優點很多，如具有成本低、安裝簡易等。它的非接觸性、實時性和靈活性等特點可以有效地解決傳統檢測方法存在的問題。除此之外，尺寸測量是計算機視覺技術中最普遍的應用，特別在自動化制造行業中，經常會用計算機視覺系統測量工件的各種尺寸的大小，如長度測量、圓測量、角度測量、弧線測量、區域測量等，檢測出工件相關區域的基本幾何特征。此方法不但可以獲取在線產品的尺寸參數，同時可對產品做出在線實時判定和分揀，應用十分普遍。

1 基于圖像的樹干直徑測量原理

由于待測的活立木不是固定的，待測的活立木的直徑也是不固定的，為了準確測量樹干的直徑，在樹干旁邊放置一個已知大小長度的標定尺來用作參照物。標定尺與樹干水平放置，與相機方向垂直，這樣，不管外界環境如何變化、要測量的立木粗細、待測部位的高矮都可以方便且簡單地測量出來[3]。

拍攝圖像時，一個采集圖像人員將做好的標定尺放于待測量的樹干直徑的旁邊，保持標定尺與樹干水平，與相機垂直[4]。拍攝人員拍攝圖像時，盡可能地保證待采集的圖像顯示在相機屏幕的中間位置。人工用皮尺繞待測量的樹木一圈，記錄其周長為C。用同樣的方法繼續采集圖像。待圖像全部采集完，圖像的直徑d的計算式如下

標定尺可以找有刻度標定的尺或者標有刻度的具有規則形狀的標桿等，也可以是自己制作的，符合要求即可。常見標定尺呈“T”字形，如圖1所示，我們采用的這種“T”型自制標定尺。標定尺上方的長方形的長度為21cm，寬度為15cm。

圖1 T形標定尺

由測量原理可知，標定尺與樹干直徑之間存在這一個比例關系，通過這個比例關系可以為樹干直徑的測量做基礎。假定標定尺的長度為d，與標定尺水平方向的齊平的樹干的直徑為D，圖像上每個像素的長度為p。設標定尺占有的像素個數為x，樹干直徑占有的像素個數為y，則有

Design of diameter measurement for tree trunk based on computer vision

Chen Wanjie
（Changzhou Senior High School of Jiangsu Province, Changzhou Jiangsu, 213003）

This paper presents a method based on computer vision for measuring the diameters of tree trunks, which may be described as using a calibration scale as reference. The calibration scale is placed evenly with the trunk, and the image is collected by a vertical camera. According to the same proportion of the actual size and the pixel number of the scale and the trunk diameter, we can get the size of the diameter. The experiment results show that the measurement method of trunk diameter using monocular vision can effectively improve the tree trunk diameter precision.

tree trunk; image processing; diameter measurement

2 實驗結果與分析實驗共采集了8張圖像。表1是圖像方法測量數據與實際值的誤差分析結果。