简介
基于图像的方法又大致有6类方法:1) 基于局部最大值:Local Maximum Detection(最基本,但只能考虑固定尺寸)2) 基于分割:如Region Growing, Watershed (通用,但缺乏针对性)3) 基于模板匹配:Template Matching (TM) (考虑阴影和不同尺寸,但需要人工选择模板,可以并行化)4) 基于最优化理论:Markov Random Field (MRF), Marked Point Processes (MPP) (考虑阴影,且难以并行化,极耗时, 500×500 影像要30min)5) 基于尺度空间理论:Scale-Space (SS) (考虑不同尺寸,但耗时,可以并行化)6) 基于深度学习理论:Deep Learning (需要大量训练样本,并行后仍极耗时,但可能效果最好)大多数方法在具有固定行间距及树冠大小的森林中表现良好,但在复杂条件(例如不均匀混合森林)下,该方法可能产生不稳定的结果,需要仔细调整参数。 尺度空间(SS)分析方法能够在单一图像中进行多尺度分析。以这种方式,它能够在单个灰度图像中检测不同冠尺的树木。然而,这种方法存在问题:首先,尺度空间大多由灰度图像构成的,容易导致过度检测;其次,个别参数对于检测精度非常敏感。然而,顺序执行的执行时间可能只需要一分钟,使得交互式调参(如试错法)不切实际。
本研究中,我们对现有的方法和实现做了两点改进。首先,我们将SSF与Lab颜色转换相结合,以红-绿色彩图像代替原始亮度图像以减弱过度检测问题。第二,我们将四个最耗时的关键步骤改为GPU并行处理,以提高计算效率。特别是我们在文献中列举了首个基于2值组合的blob重叠修剪并行算法。 研究所提出的方法是使用PyCUDA实现的,它是可以通过Python语言的高级脚本访问NVIDIA的计算统一设备架构(computed unified device architecture, CUDA)。本研究开发了基于消费级无人机的林木提取算法。并针对木瓜和柠檬果树进行了提取测试,精度在95%以上。另外,将算法升级为GPU并行算法,计算速度提升20倍以上,处理时间在1s以内,达到实时速度。