专利名称：一种珊瑚测量装置及其测量方法
技术领域：
本发明属于珊瑚礁生态学研究领域，特别涉及一种珊瑚测量装置及其测量方法。
背景技术：
珊瑚礁为全世界四分之一的海洋生物提供了栖息地和保护所，造礁石珊瑚作为形成珊瑚礁的主要造礁生物是珊瑚礁生态系统中的关键功能物种。但是随着人类对海洋资源的不断破坏和污染、气候变化的影响以及敌害生物的爆发，珊瑚礁的面积已经在全世界范围内开始减少。造礁石珊瑚被列入《濒危野生动植物种国际贸易公约》附录II。因此，对造礁石珊瑚的生态学研究，及对其保护和增殖已经成为了环境和生态领域的热点。珊瑚个体的大小以及珊瑚覆盖率是珊瑚礁生态学和生理学研究中最常用和基础的指标。珊瑚个体大小是可用来衡量一个珊瑚发育状况、存活时间、繁殖潜力及竞争力的重要生物学指标，同时它也是测量珊瑚生长状况和估测珊瑚生物量的重要标准之一。最常用的珊瑚个体大小的指标有两种一种是在俯视的情况下以珊瑚个体的最长轴长度和同其垂直的轴线长度作为指标；另一种是俯视情况下珊瑚个体在水平截面上的面积作为指标。在国际常规的水下测量珊瑚个体大小的方法有两种，一种是利用皮尺或直尺在水下直接测量，并在水下记录板或记录纸上记录数据。该种方法在有风浪或水流时整个水下操作过程将会十分困难，并且需要的操作时间较长。珊瑚个体不规则，往往呈半球状或丛生状，这不但为测量增添了难度，同时也增加了测量的误差。而且在计算珊瑚面积时将无法直接获得数据，只能根据测量的两个轴线长度，代入椭圆的面积公式以估算珊瑚个体的面积， 而无法获得精确的面积大小。国外有利用水下拍照的方法及相关软件测量造礁石珊瑚的覆盖率，以及拍摄时将对比物放置在被拍摄珊瑚的旁边，用以估计珊瑚个体大小的方法。但利用摄影方法测量珊瑚的个体大小的未见报道。在国内，尚无利用水下摄影技术测量造礁石珊瑚个体大小的方法。水下摄影多利用在记录造礁石种类、估测造礁石珊瑚覆盖率及造礁石珊瑚状况记录方面。
发明内容
本发明的目的是提出一种利用水下摄影快速方便地测量珊瑚个体大小及面积的方法及适用于该方法的相关装置。本发明所提出的一种珊瑚测量装置及其测量方法，其技术方案包括如下步骤 一种珊瑚测量装置，所述装置包括图像采集端、图像处理端和固定端，所述图像处理端
与所述图像采集端连接，用于处理获取的图像，所述固定端用于固定所述图像采集端，所述固定端为一支架，支架上端设有固定图像采集端的固定位，下端设置有标尺和一个或多个水平仪，所述标尺用于作为待测量对象的对比物，标尺并非一定是有刻度的尺子，只要能在拍照所得的照片中完全显示出来的已知精确长度的物体或记号。所述标尺与支架之间为滑动连接。所述标尺用胶水固定连接在支架下部作为取景框的方框其水平面。所述水平仪包括第一水平仪和第二水平仪，所述第一水平仪和第二水平仪的测量轴线成一夹角，所述第一水平仪所在平面、第二水平仪所在平面与标尺所在平面互相平行或重合。所述图像采集端固定位为一圆形螺孔，通过螺丝固定所述图像采集端于所述固定位上。所述图像采集端为水下数码相机，所采用的相机所用镜头不能为广角镜头、鱼眼镜头或其他形成影像会产生明显形变的镜头。相机拍照时照片的分辨率越高，测量时精度越高，所述图像处理端为计算机。一种珊瑚测量方法，包括支架装置、图像采集端和图像处理端，所述支架装置包括标尺和一个或多个水平仪，所述方法包括以下步骤
(1)将标尺置于待测量珊瑚个体附近，图像采集过程中将标尺与待测量珊瑚的个体置于同一水平面上；
(2)保持所述一个或多个水平仪处于水平状态；
(3)调整图像采集端确保待测量珊瑚的个体与标尺成像清晰；
(4)确保待测量珊瑚个体置于图像采集端的视野框的正中，然后进行图像采集；
(5)通过图像处理端对采集的图像进行处理，通过标尺及标尺长度上的像素个数的比例，计算出待测量珊瑚个体的最长轴及垂直方向上的轴长度以及计算出待测量珊瑚个体的面积大小。所述一个或多个水平仪测量轴线相互成一夹角，所述一个或多个水平仪所在水平面与标尺所在水平面互相平行或重合。图像采集过程中标尺和待测量珊瑚个体的最大横截面处于同一水平面，或标尺所在水平面与待测量珊瑚个体的最大水平截面所在水平面互相平行，依据目测确定最大水平截面。计算待测量珊瑚个体的最长轴时，测量的轴线从珊瑚个体的边缘经过珊瑚个体的中心点到珊瑚个体另一边缘，而测量垂直方向轴长度则是测量垂直于最长轴并通过中心点的轴线。计算待测量珊瑚个体的面积大小，先将采集的图像放大到预定值，采用图像处理软件ImageJ，利用图像上已知长度的物体确立长度标尺来测量同一图像上直线的长度或某一区域的面积，也可以用其它类似图像处理软件。相对现有技术，本发明具有以下优点
能够大幅减少水下的操作时间，并且将复杂的水下操作简化为简单的拍照，将测量过程从水下转为陆上的电脑操作，并同时保存了图像资料。此外还能够测量常规水下方法无法测量的珊瑚面积，并且测量时不用碰触珊瑚个体，减少对珊瑚的伤害和影响。。
图1为本发明珊瑚测量装置的固定端的支架的示意图； 图2为本发明珊瑚测量方法的流程图。
具体实施例方式以下结合实施例及附图对本发明进行详细的描述。如图1所示，本发明公开了一种珊瑚测量装置，包括括图像采集端、图像处理端和固定端，所述图像处理端与所述图像采集端连接，用于处理获取的图像，所述固定端用于固定所述图像采集端，所述固定端为一支架，支架上端设有固定图像采集端的固定位1，下端设置有标尺2，第一水平仪3，第二水平仪4，所述标尺1用于作为待测量对象的对比物。本发明所提出的珊瑚个体大小及面积测量的装置，具体如下
一种珊瑚测量装置，所述装置包括图像采集端、图像处理端和固定端，所述图像处理端与所述图像采集端连接，用于处理获取的图像，所述固定端用于固定所述图像采集端，所述固定端为一支架，支架上端设有固定图像采集端的固定位，下端设置有标尺和一个或多个水平仪，所述标尺用于作为待测量对象的对比物。所述标尺与支架之间为滑动连接，所述标尺用胶水固定连接在支架下部作为取景框的方框其水平面。所述水平仪包括第一水平仪和第二水平仪，所述第一水平仪和第二水平仪的测量轴线成一夹角，所述第一水平仪所在平面、第二水平仪所在水平面与标尺所在水平面互相平行或重合。所述图像采集端固定位为一圆形螺孔，通过螺丝固定所述图像采集端于所述固定位上。所述图像采集端为水下数码相机或者其他拍摄工具，所述图像处理端为计算机。如图2所示，本发明所提出的珊瑚个体大小及面积测量方法的流程图。具体的测量操作如下步骤
步骤1将所用水下数码相机安装至如图1所示的固定端上。步骤2水下相机架上要在底部的拍摄框边固定有刻度清晰的标尺，另外要在拍摄框的两个垂直框边各固定一个平行于框边的气泡水平仪。步骤3拍摄时将要拍摄的珊瑚个体置于相机视野框的正中，并且要将固定端上的标尺与珊瑚个体的最大横截面放置在同一水平面上。同时要保持两个水平仪的气泡都处于正中的位置。步骤4对焦时要确保珊瑚个体同标尺成像清晰，然后才可拍摄。步骤5利用有关的图像软件处理所获得的数码照片，通过以知长度的标尺及标尺长度上的像素个数的比例，可得推算出要测量的珊瑚个体的最长轴及垂直方向上的轴长度。步骤6测量珊瑚个体最长轴时，要尽量保证测量的轴线从珊瑚的边缘经过珊瑚个体的中心点到珊瑚个体另一边缘，而测量垂直方向轴长度则是测量垂直于最长轴并通过中心点的轴线。步骤7同样利用图像软件也可通过圈定照片上的珊瑚个体的范围测量其面积大小，圈定在图像上的珊瑚时要尽量保证圈定范围要尽量贴近珊瑚边缘。步骤1中在安装相机至钢架时要保证稳固，相机在固定端上不会摇动。所采用的相机所用镜头不能为广角镜头、鱼眼镜头或其他形成影像会产生明显形变的镜头。相机拍照时照片的分辨率越高，测量时精度越高。
步骤2中所述的钢架上的标尺并非一定是有刻度的尺子，也可为在拍照所得的照片中完全显示出来的已知精确长度的物体或记号。步骤5中的图像处理软件可以是免费图像处理软件ImageJ，其功能有利用图像上已知长度的物体确立长度标尺来测量同一图像上直线的长度或某一区域的面积，也可以用其它类似图像处理软件。步骤6、7中利用软件在电脑上测量时应将照片放大到合适大小，测量时图像过小
会增加测量误差。按照上述方法对不同长度的物体在水下进行拍照测量，并比较其测量结果同物体实际长度间的差异。物体大小事先由游标卡尺重复测量三次，将其平均值作为其实际长度。 然后将物品带入海水，在平坦的海底将物品水平放置，再进行拍摄，每个物品拍摄三次。上水后，将所得照片导入电脑中并用软件进行测量。得到的测量结果的平均值及误差如下表所示
水下摄影法测量长度(cm)游标卡尺测量长度(cm)平均误差(％)19. 4619. 98-2. 6114. 8315. 01-1. 2410. 0710. 10-0. 297. 627. 610. 120. 230. 24-1. 98
表1.水下测量法的获得的结果及误差
从表1中可知，水下测量法的误差范围在2. 61-0. 12%间，在物体较大(>15cm)及较小 (<0. 23cm)时误差变大，在中间范围时误差在1%以下。由于移植珊瑚个体多在3-lOcm间大小，所以此方法对于珊瑚长度监测的误差不超过1%，此精度足以满足珊瑚监测的需要。此方法有效的缩短了水下测量时所需要的时间，减少了水下操作的工作量及水下工作的风险。
权利要求
1.一种珊瑚测量装置，其特征在于，所述装置包括图像采集端、图像处理端和固定端， 所述图像处理端与所述图像采集端连接，用于处理获取的图像，所述固定端用于固定所述图像采集端，所述固定端为一支架，支架上端设有固定图像采集端的固定位，下端设置有标尺和一个或多个水平仪。
2.根据权利要求1所述的珊瑚测量装置，其特征在于，所述标尺与支架之间为滑动连接或固定连接。
3.根据权利要求1所述的珊瑚测量装置，其特征在于，所述水平仪包括第一水平仪和第二水平仪，所述第一水平仪和第二水平仪的测量轴线成一夹角，所述第一水平仪所在平面、第二水平仪所在平面与标尺所在平面互相平行或重合。
4.根据权利要求1所述的珊瑚测量装置，其特征在于，所述图像采集端固定位为一圆形螺孔，所述图像采集端通过螺丝固定于所述固定位上。
5.根据权利要求1至4所述的珊瑚测量装置，其特征在于，所述图像采集端为水下数码相机，所述图像处理端为计算机。
6.一种珊瑚测量方法，包括支架装置、图像采集端和图像处理端，所述支架装置包括标尺和一个或多个水平仪，其特征在于，所述方法包括以下步骤(1)将标尺置于待测量珊瑚个体附近，图像采集过程中将标尺与待测量珊瑚的个体置于同一水平面上；(2)保持所述一个或多个水平仪处于水平状态；(3)调整图像采集端确保待测量珊瑚的个体与标尺成像清晰；(4)确保待测量珊瑚个体置于图像采集端的视野框的正中，然后进行图像采集；(5)通过图像处理端对采集的图像进行处理，通过标尺及标尺长度上的像素个数的比例，计算出待测量珊瑚个体的最长轴及垂直方向上的轴长度以及计算出待测量珊瑚个体的面积大小。
7.根据权利要求6所述的珊瑚测量方法，其特征在于，所述一个或多个水平仪测量轴线相互成一夹角，所述一个或多个水平仪所在水平面与标尺所在水平面互相平行或重合。
8.根据权利要求6或7所述的珊瑚测量方法，其特征在于，图像采集过程中标尺和待测量珊瑚个体的最大水平截面处于同一水平面。
9.根据权利要求6所述的珊瑚测量方法，其特征在于，计算待测量珊瑚个体的最长轴时，测量的轴线从珊瑚个体的边缘经过珊瑚个体的中心点到珊瑚个体另一边缘，而测量垂直方向轴长度则是测量垂直于最长轴并通过中心点的轴线。
10.根据权利要求6所述的珊瑚测量方法，其特征在于，计算待测量珊瑚个体的面积大小时，先将采集的图像放大到预定值，采用图像处理软件，利用图像上已知长度的物体确立长度标尺来测量同一图像上直线的长度或某一区域的面积。
全文摘要
一种珊瑚测量装置及其测量方法，所述装置包括图像采集端、图像处理端和固定端，所述图像处理端与所述图像采集端连接，用于处理获取的图像，所述固定端用于固定所述图像采集端，所述固定端为一支架，支架上端设有固定图像采集端的固定位，下端设置有标尺和一个或多个水平仪，能够大幅减少水下的操作时间，并且将复杂的水下操作简化为简单的拍照，将测量过程从水下转为陆上的电脑操作，并同时保存了图像资料。此外还能够测量常规水下方法无法测量的珊瑚面积，并且测量时不用碰触珊瑚个体，减少对珊瑚的伤害和影响。
文档编号A01K67/033GK102379261SQ20111021601
公开日2012年3月21日 申请日期2011年7月30日 优先权日2011年7月30日
发明者尤丰, 张成龙, 张浴阳, 杨剑辉, 黄晖, 黄洁英 申请人:中国科学院南海海洋研究所