基于无人机的林地面积测量及应用研究

发布时间：2020-06-13 10:22

【摘要】：森林资源监测,造林、营林都是林业工作的重要内容,林木采伐地块、造林地块以及林地征占用地块进行检查与核查,是森林资源保护的重要措施,而这些特定地块面积的快速获取是检查与核查的重要环节。本文针对常规测量方法速度慢、效率低,传统无人机航测设备要求高、数据量大、费时等问题,为快速便捷地获取特定地块的实际面积,解决特定林地面积快速获取难题,实现对特定地块的高效检查与核查,提出一种基于无人机单视场全景图像的地块面积量测方法。1、提出相机标定改进方法,实现相机标定与图像畸变校正。基于张正友相机标定法进行了改进,通过获取相机参数得到焦距与像元尺寸,并将其作为已知参数,建立线性的成像模型,计算相机的内、外参矩阵;引入二阶的径向畸变与切向畸变,建立非线性的成像模型,迭代优化参数,求得最优解。2、研究了基于全景图像提取特定区域并统计其像素数量的方法。对校正后的无人机全景图像进行区域提取,运用Canny边缘检测算子与形态学图像处理相结合的方法,剔除干扰区域得到清晰完整的区域形状二值图,统计得到区域内像素数量。基于相机内外参数研究了图像地面分辨率与像元尺寸存在的比例关系,从而根据已知的航高、像元尺寸与焦距计算出图像的分辨率,实现照片在地图上的定位。3、利用无人机拍摄的单张全景图像对地块面积进行了计算,通过分析面积测量的结果发现了面积计算误差与航高间的变化规律。实验结果表明,提出的方法计算精度随着无人机飞行高度的增加,存在先逐渐提升,到达一个峰值后逐渐下降的关系,且在有效飞行高度内的相对误差都在10%以下,对要求操作简便快速、精度不是很高的山地作业有实际意义。
【图文】：

机镜头的畸变参数，从而对无人机拍摄的全景照片进行畸变校正。通过 Canny 算子与形态学图像处理方法相结合的图像区域提取办法得到无人机地块区域的二值图像，统计地块区域所包含的像素数量。由无人机航高与传感器像元、图像地面分辨率之间的比例关系计算得到全景图像的图像地面分辨率，结合二值区域图像素数量与图像地面分辨率计算地块实际面积。将无人机拍照瞬间的经纬度定位到图像中心点，通过经纬度与投影坐标系之间的转换得到一个像素长度对应的坐标数值变化，以图像中心点为起始点向外扩散，计算得到全景图像四个顶点的经纬度，实现定位。本文技术路线如图 1.1 所示。

图 2.1 坐标系空间关系示意图Fig 2.1 Schematic diagram of coordinate system space relationship中，世界坐标系以wO 为原点，由wwwX , Y,Z三个坐标轴组成，度量单位为标系以cO 为原点，由cccX , Y,Z三个轴组成，度量单位为米（m）；像平为原点，由 x, y两个轴组成，度量单位为米（m）；像素坐标系和像平个平面上，原点在图片的左上角，由 u, v两个轴组成，其度量单位l）；O点表示相机的中心点，也是相机坐标系的中心点；世界坐标系与在一定的旋转和平移关系；cZ 轴表示相机的主轴； S 点为三维世界上S′点为该点在像平面上的投影；S′点所在的平面表示相机的像平面，，标系所在的二维平面；O点表示主点，即主轴与像平面相交的点，也是点；cO 点到 O 点的距离为相机的焦距；像平面上的 x 和 y 坐标轴是与相 X 和Y 坐标轴互相平行的。界坐标系中的点（ X , Y,Z）与相机坐标坐标系中的点（ ）cccX , Y,Z进行空间表示为：
【学位授予单位】：浙江农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S779;S757

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本文编号：2711034