面向林业采育作业识别与测量的多传感器信息融合方法

十一五科技支撑项目"多功能林木采育作业关键技术装备研究与开发" 的实施，研制成功了国内首台多功能林木采育装备。在实验和生产中发现，装备作业时大部分时间都消耗在转移作业区域、辨识立木状况、观察作业环境等环节当中。致使装备对操作人员的素质依赖性强，作业培训提高慢，作业效率差别很大。为了解决目前的森林联合采育装备发展所面临的问题，优化采育作业操作，提高森林资源利用率，提出在采育作业的观察、识别阶段，建立多传感器系统，进行林业采育作业识别与测量多传感器信息融合方法研究，进行采育林地地形坡度识别、路面路径识别与分析，为林业装备的林间地面作业行走提供导航和障碍物探测；进行立木识别、树径测量，为获取树木的精确模型提供关键数据。利用多传感器系统信息融合技术，形成对采育作业装备作业环境的综合描述，最终为提升多功能采育装备的自动识别水平奠定技术基础，丰富应用于复杂环境辅助作业的多传感器融合理论和方法。

本研究通过搭建基于多传感器的林业采育目标信息采集系统来获取丰富的环境数据，利用多传感器信息融合技术，对二维激光数据、可见光图像和红外热图像等多种不同模式的数据信息进行融合处理，获得对外部环境比较完整、准确的表达，实现林业采育目标的测量和识别，取得了较好的实验效果，为解决林区复杂环境中联合采育机连续作业效率低的问题作出了贡献。本研究三年来取得了以下主要成果：.1.搭建了基于激光扫描仪和视觉传感器的林业采育目标信息采集系统，能够快速准确的对林区采育目标的距离、胸径、颜色等数据进行采集；.2.根据激光扫描仪输出数据的形式，编制了基于腐蚀扩张原理和聚类计算原理的目标表面特征提取算法。滤除原始激光扫描数据中的背景噪声和其他非目标噪声，获取扫描目标的轮廓数据。根据过滤后的扫描目标轮廓数据，运用最小二乘拟合算法获得立木的直径；.3.在激光与图像像素化的基础上，根据相机拍摄区域在CMOS图像传感器上成像区域的线性和二次抛物线分割情况，将激光数据与图像进行像素级融合，实现激光与图像的位置匹配；.4.为了进一步完成采育目标识别的效果，在现有的采育目标信息采集系统中加入了红外热像仪，可对采育目标进行红外热图像采集，弥补了可见光图像的不足。利用Contourlet变换算法来对红外和彩色可见光图像进行多源图像融合，丰富采育目标图像信息，提高采育目标识别率；.5.针对采育目标特点，进行图像特征提取，根据特征数据，通过样本训练建立基于支持向量机的目标识别算法模型，并对其参数选取进行了研究，用三种不同的优化算法对该模型参数进行了选取，大大提高识别正确率。同时，通过对优化模型的试验结果比较，选出了最适合林业采育目标识别的算法模型；.6.将整个采育目标测量识别系统应用在联合采育机上进行了初步的试验，试验证明本系统和算法可以成功对林业采育目标进行识别和检测。