[发明专利]无人机图像的林木植株并行提取方法

摘要

本发明公开了一种无人机图像的林木植株并行提取方法，先采用GPU并行处理的方式，对无人机拍摄的林区图像进行基于尺度空间技术的二进制大型对象检测，得到检测点，再用CPU串行方式，将不含绿色的检测点删除，剩余的检测点即为提取结果。所采用的尺度空间技术可以在各种尺度下识别不同冠层大小的林木，精度较高，又由于采用GPU并行处理的方式进行对象检测，使得本提取方法具有较高的效率和速度，为林木植株的调查与研究提供了支持。

主权项

一种无人机图像的林木植株并行提取方法，其特征在于，包括步骤：获取无人机拍摄的林区图像；采用GPU并行处理的方式，对林区图像进行基于尺度空间技术的二进制大型对象检测，得到初始检测点；对初始检测点进行筛选，将不含绿色的检测点删除；将筛选后的检测点作为提取结果，所述步骤获取无人机拍摄的林区图像包括：通过GDAL读入无人机拍摄的林区的可见光RGB图像，利用下式将RGB图像转换为灰度图像，Y表示灰度值：Y＝0.2125*R+0.7154*G+0.0721*B所述步骤对林区图像进行基于尺度空间技术的二进制大型对象检测包括：确定LoG滤波的最大尺度、最小尺度和尺度数量，计算在最大尺度和最小尺度之间等距分布的每个尺度，并确定检测点的识别灰度阈值和检测点的筛选面积重叠阈值；采用GPU并行处理的方式，对林区的灰度图像进行多尺度LoG滤波，得到LoG滤波尺度空间图像；采用GPU并行处理的方式，对LoG滤波尺度空间图像进行局部最大值滤波，得到潜在检测点；采用GPU并行处理的方式，对潜在检测点进行基于面积的组合筛选：在两两组合的潜在检测点中，若面积重叠度小于所述筛选面积重叠阈值，则删除面积较小的潜在检测点，将剩余的潜在检测点作为初始检测点，所述步骤对林区的灰度图像进行多尺度LoG滤波包括：采用GPU并行处理的方式，针对每个高斯滤波尺度sigma进行如下滤波，并合并为三维LoG滤波图像数组：对林区的灰度图像进行列方向LoG滤波，然后进行行方向高斯滤波，得到Mlogx；对林区的灰度图像进行行方向LoG滤波，然后进行列方向高斯滤波，得到Mlogy；Mlog＝(Mlogx+Mlogy)*(‑sigma2)，所述步骤对LoG滤波尺度空间图像进行局部最大值滤波，得到潜在检测点包括：采用GPU并行处理的方式，以窗口尺寸为3个像素，分别求取三维LoG滤波图像数组在x,y,z方向的最大值，并生成最大值立方体；对比最大值立方体和三维LoG滤波图像数组，将满足下式的像素作为潜在的检测点：ImageLoG(x,y,z)＝Imagemax(x,y,z)，且ImageLoG(x,y,z)>Threshold式中，Threshold表示检测点识别灰度阈值；输出所有潜在检测点的x,y坐标，以及z轴对应的sigma值，所述步骤对潜在检测点进行基于面积的组合筛选包括：采用GPU并行处理的方式，根据潜在检测点数量NBLOBS，利用下式计算两两组合的总数Ncombination；Ncombination＝NBLOBS*(NBLOBS‑1)/2启动一维数组，为每个块、线程计算其对应的组合一维序号，采用迭代法计算其对应的两个潜在检测点的序号；利用下式计算重叠度OL：R1＝sigma1*21/2,R2＝sigma2*21/2Distance＝((x1–x2)2+(y1–y2)2)1/2如果Distance>R1+R2OL＝0如果Distance≤|R1‑R2|OL＝1否则：Ratio1＝(Distance2+R12–R22)/(2.0*Distance*R1)且Ratio1＝max(Ratio1,‑1.0)，Ratio1＝min(Ratio1,1.0)Acos1＝arccos(Ratio1)Ratio2＝(Distance2+R22–R12)/(2.0*Distance*R2)且Ratio2＝max(Ratio2,‑1.0)，Ratio2＝min(Ratio2,1.0)Acos2＝arccos(Ratio2)A＝‑Distance+R2+R1B＝Distance‑R2+R1C＝Distance+R2‑R1D＝Distance+R2+R1Area＝R12*Acos1+R22*Acos2‑0.5*(|A*B*C*D|)1/2Amin＝min(R1,R2)OL＝Area/(π*Amin2)式中，sigma1和sigma2分别表示高斯滤波尺度1和高斯滤波尺度2，x1、y1表示高斯滤波尺度1下，潜在检测点1的坐标，x2、y2表示高斯滤波尺度2下，潜在检测点2的坐标，Distance表示欧氏距离；R1、R2、Ratio1、Ratio2、Acos1、Acos2、A、B、C、D、Area、Amin均表示中间变量，所述步骤对初始检测点进行筛选，将不含绿色的检测点删除包括：利用下式将无人机拍摄的林区图像从RGB色彩空间转换为CIE‑Lab色彩空间，计算检测点a通道的均值，删除均值高于0的检测点，X＝R*0.4124+G*0.3576+B*0.1805Y＝R*0.2126+G*0.7152+B*0.0722Z＝R*0.0193+G*0.1192+B*0.9505L＝116*f(Y)–16a＝500*(f(X)‑f(Y))b＝200*(f(Y)‑f(Z))其中，当x>0.008856时，f(x)＝x^(1/3)，x表示X、Y、Z中的任一中间变量，当x<＝0.008856时，f(x)＝(7.787*x)+(16/116)。