一种树木年轮灰度信息分析方法及装置与流程

本发明涉及图像灰度信息分析技术领域，尤其涉及一种树木年轮灰度信息分析方法及装置。

背景技术：

树木年轮是树的语言，从年轮中可以分析出树木的成色、树龄等，树轮灰度就是树芯样本灰度图像中像素的反射光强度。

由于目前国内的树轮灰度研究多集中在对气候要素的响应和对历史时期气候变化的重建上，而对于树轮灰度信息分析系统的研究却很有限，为了进一步完善对树木年轮的分析，树木年轮灰度信息分析系统的研究应运而生。

技术实现要素：

为克服现有技术存在的上述技术问题，本发明提供了一种树木年轮灰度信息分析方法及系统，其通过数字化树木年轮测定和分析技术，提高树木年龄及树木生长量测定的工作效率和精度。

根据本发明的一个方面，提供了一种树木年轮灰度信息分析方法，其包括：

扫描树芯样本，获取树芯样本的宽度和灰度数据；

将获取的树芯样本的宽度和灰度数据转换成国际树木年轮数据库的标准格式。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述扫描树芯样本，获取树芯样本的宽度和灰度数据具体包括：

扫面树芯样本；

获取树芯样本灰度图像；

在所述获取的树芯样本灰度图像上标示分析区域；

生成所述标示分析区域的宽度和灰度数据。

进一步，所述将获取的树芯样本宽度和灰度数据转换成国际树木年轮数据库的标准格式具体包括：

设定第一预设阈值和第二预设阈值；

若获取的树芯样本的灰度值大于第一预设阈值，则所述树芯样本为早材，将大于所述第一预设阈值的灰度值调整为第一值；

若获取的树芯样本的灰度值大于第二预设阈值，则所述树芯样本为晚材，将大于所述第二预设阈值的灰度值调整为第二值。

进一步，还包括：在扫描树芯样本之前，对扫描仪进行图像校准和清洁。

进一步，还包括：存储获取的树芯样本的宽度和灰度数据。

进一步，还包括：存储转换后的树芯样本的宽度和灰度数据。

根据本发明的另一个方面，提供了一种树木年轮灰度信息分析装置，其包括：

扫描仪，用于扫描树芯样本，获取树芯样本的灰度图像；

图像分析单元，用于根据所述树芯样本的灰度图像，获取树芯样本的宽度和灰度数据；

数据转换单元，用于将获取的树芯样本的宽度和灰度数据转换成国际树木年轮数据库的标准格式。

进一步，所述数据转换单元包括：

阈值设定单元，用于设定第一预设阈值和第二预设阈值；

对比单元，用于将获取的树芯样本的灰度值与所述第一预设阈值进行对比，若获取的树芯样本的灰度值大于第一预设阈值，则所述树芯样本为早材，将大于所述第一预设阈值的灰度值调整为第一值；若获取的树芯样本的灰度值大于第二预设阈值，则所述树芯样本为晚材，将大于所述第二预设阈值的灰度值调整为第二值。

进一步，还包括第一存储单元，用于存储获取的树芯样本的宽度和灰度数据。

进一步，还包括第二存储单元，用于存储转换后的树芯样本的宽度和灰度数据。

根据本发明上述的一个或多个技术方案，通过采用数字化树木年轮测定和分析技术，替代我国采用的传统的人工识别和测定方法来确定树木年轮数和年轮宽度，提高了树木年龄及树木生长量测定的工作效率和精度，将把我国森林资源动态监测水平提高到一个层次，可产生良好的经济、生态和社会效益。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的树木年轮灰度信息分析方法的流程图；

图2为树芯样本灰度图像；

图3为选定的分析区域的灰度图像；

图4为本发明实施例三提供的树木年轮灰度信息分析装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

在对树木年轮进行灰度信息分析之前，需获得树芯样本，树芯样本的获取包括野外采样和样本预处理过程。

野外采样过程具体可包括：

在野外获取适宜进行树轮灰度分析的树芯样本是树轮灰度资料采集工作的基础。首先要确定所采集的树种和采样点，采集样本树芯前，应给采样点拍照并参照气象行业标准；在选择采样点时，宜选择原始林，而避免次生林；采样点应选在树种生长分布中的气候极限或对气候变化反应敏感的地点，应在每一个采样点尽可能多地采样树芯样本，即至少保证在一个采样点采集20棵以上相同树种的样本，每棵样树采集不少于2个树芯样本作为复本。

样本预处理过程具体可包括：

先在样本板侧面写下样本信息，在确保树芯样本木质纤维垂直样本板上细槽的前提下，用对木质无影响的水溶性胶将样本粘在样本板上，再用细绳将树芯样本与样本板捆扎牢固，防止样本发生翘起和扭曲的情况。待水溶性胶晾干后，拆去捆扎树芯样本的细绳，按先用粗砂纸，再用细砂纸的顺序打磨树芯样本表面弧度部分，直至样本平整、光滑、明亮能在显微镜下清楚看到每一条树木年轮的细胞为止。在显微镜下仔细观察每条树芯样本的树轮，挑选出树轮清晰，表面完整、无缺损和扭曲、少断裂和污渍以及树轮宽度和色泽没有因生长发生异常变化的树芯样本，对不符合要求的树芯剔除。

经过上述预处理选出的树芯样本用于下述的分析。

如图1所示，该树木年轮灰度信息分析方法，包括：

S1：扫描树芯样本，获取树芯样本的宽度和灰度数据；

S2：将获取的树芯样本的宽度和灰度数据转换成国际树木年轮数据库的标准格式。

可将经过上述预处理的树芯样本扫描至计算机上，获得树芯样本的电子图像，启动图像分析单元，选择所需树轮宽度和灰度数据的种类，对树芯样本的灰度图像做进一步的处理，获取树芯样本的宽度和灰度数据，并将获取的树芯样本的宽度和灰度数据转换成国际树木年轮数据库的标准格式。

本实施例提供的树木年轮灰度信息分析方法，其通过采用数字化树木年轮测定和分析技术替代我国采用的传统的人工识别和测定方法来确定树木年轮数和年轮宽度，即是通过获取树芯样本的灰度图像，分析其灰度信息和树轮宽度，并将其转换成国际树木年轮数据库的标准格式，可提高树木年龄及树木生长量测定的工作效率和精度，将把我国森林资源动态监测水平提高到一个层次，产生良好的经济、生态和社会效益。

实施例二

在经过实施例一中所述的野外采样过程和样本预处理过程之后，将选取的树芯样本经过下述处理：

扫描树芯样本，获取树芯样本的宽度和灰度数据；

将获取的树芯样本的宽度和灰度数据转换成国际树木年轮数据库的标准格式。

其中，所述扫描树芯样本，获取树芯样本的宽度和灰度数据可具体包括：

扫面树芯样本；

获取树芯样本灰度图像；

在所述获取的树芯样本灰度图像上标示分析区域；

生成所述标示分析区域的宽度和灰度数据。

可将经过上述预处理的树芯样本扫描至计算机上，获得树芯样本的彩色图像，启动图像分析单元，选择所需树轮宽度和灰度数据的种类，例如，可以是excel或txt等，将扫描的彩色图像转换成灰度图像，如图2所示，可利用Matlab数学软件，在已获取的树芯样本灰度图像上标示分析区域，即设定待需要分析的图像的路径，如图3所示，图3为选定的分析区域的灰度图像，图像分析单元便会自动分析树芯年轮灰度图像上每个像素点上的反射光强度，从而生成树芯年轮的宽度和灰度数据。其中，灰度数据取值范围0至255，共256个值，0对应黑色，255对应白色。

可选地，在扫描树芯样本之前，还可对扫面仪进行图像校准和清洁，例如，可对扫描仪的尺寸、分辨率进行校准，保证所扫描图像的精确性。

经过上述过程生成的树轮宽度和灰度数据的格式往往不能够被国际树木年轮数据库所提供的树轮分析程序所识别和分析，因此，需要将这些树轮宽度和灰度数据的格式转换成国际树木年轮数据库标准的tucson格式。

在生成树芯年轮的宽度和灰度数据之后，将获取的树芯样本宽度和灰度数据转换成国际树木年轮数据库的标准格式，其转换过程可具体包括：

根据树种的不同，设定阈值，针对不同的树种，所设定的阈值也不同。具体地，可设定第一预设阈值和第二预设阈值，若获取的树芯样本的灰度值大于第一预设阈值，则对应的树芯样本为早材，将大于第一预设阈值的灰度值调整为第一值；若获取的树芯样本的灰度值大于第二预设阈值，则所述树芯样本为晚材，将大于所述第二预设阈值的灰度值调整为第二值。例如，第一值为0，第二值为255，将大于第一预设阈值的灰度值调整为0，将大于所述第二预设阈值的灰度值调整为255，调整后的灰度信息为0，所对应的树芯样本为早材，调整后的灰度信息为255，所对应的树芯样本为晚材。其中的第一预设阈值和第二预设阈值的大小可根据树种确定，不同树种所设定的第一预设阈值和第二预设阈值是不同的。同理,所获取的树芯样本的宽度数据的转换也可根据树种的不同设定不同的阈值，从而将其宽度数据转换成国际树木年轮数据库标准的tucson格式。

可选地，该方法还可包括：存储获取的树芯样本的宽度和灰度数据。可将树芯样本灰度图像和灰度数据刻录或存储在光盘、移动硬盘等存储介质上并备份，以防资料的遗失和损坏。

可选地，该方法还可包括：存储转换后的树芯样本的宽度和灰度数据。可将转换后的树芯样本的宽度和灰度数据刻录或存储在光盘、移动硬盘等存储介质上并备份，以防资料的遗失和损坏。

实施例三

基于实施例一或二所述的树木年轮灰度信息分析方法，如图4所示，本实施例提供了一种树木年轮灰度信息分析装置，其包括：

扫描仪41，用于扫描树芯样本，获取树芯样本的灰度图像；

图像分析单元42，用于根据所述树芯样本的灰度图像，获取树芯样本的宽度和灰度数据；

数据转换单元43，用于将获取的树芯样本的宽度和灰度数据转换成国际树木年轮数据库的标准格式。

利用扫描仪41将经过预处理的树芯样本扫描至计算机上，获取树芯样本的灰度图像，启动图像分析单元42，选择所需树轮宽度和灰度数据的种类，利用图像分析单元中的Matlab数学软件，在已获取的树芯样本灰度图像上标示分析区域，即设定待需要分析的图像的路径，图像分析单元42便会自动分析树芯年轮灰度图像上每个像素点上的反射光强度，从而生成树芯年轮的宽度和灰度数据。

可选地，其中的数据转换单元43包括：

阈值设定单元，用于设定第一预设阈值和第二预设阈值；

对比单元，用于将获取的树芯样本的灰度值与所述第一预设阈值进行对比，若获取的树芯样本的灰度值大于第一预设阈值，则所述树芯样本为早材，将大于所述第一预设阈值的灰度值调整为第一值；若获取的树芯样本的灰度值大于第二预设阈值，则所述树芯样本为晚材，将大于所述第二预设阈值的灰度值调整为第二值。

根据树种的不同，可利用阈值设定单元设定第一预设阈值和第二预设阈值，通过对比单元将获取的树芯样本的灰度值与第一预设值和第二预设值进行比较，若获取的树芯样本的灰度值大于第一预设阈值，则所述树芯样本为早材，将大于所述第一预设阈值的灰度值调整为第一值；若获取的树芯样本的灰度值大于第二预设阈值，则所述树芯样本为晚材，将大于所述第二预设阈值的灰度值调整为第二值。

可选地，该装置还包括第一存储单元，用于存储获取的树芯样本的宽度和灰度数据。可将树芯样本的宽度和灰度数据储存在第一存储单元上并可进行备份，以防资料的遗失和损坏。

可选地，该装置还包括第二存储单元，用于存储转换后的树芯样本的宽度和灰度数据。可将转换后的树芯样本的宽度和灰度数据储存在第二存储单元上并可进行备份，以防资料的遗失和损坏。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。