专利名称：一种农田防护林林带疏透度数字化测定方法
技术领域：
本发明涉及农田防护林生态工程学、计算机图像处理和数码照相技术，具体涉及农田防护林林带疏透度数字化测定的新方法。
背景技术：
疏透度是指林带林缘垂直面上透光孔隙的投影面积与该垂直面上林带投影总面积之比，又称透光疏透度，它是评价农田防护林林带结构的定量化指标和表征林带结构的重要特征参数，通常作为区别林带结构优劣的最主要指标之一。由于疏透度是树种搭配方式、行数、株行距、平均胸径、树高、枝下高等林带结构因子的综合表征，难以直接测定，因而先后产生了目测法、方格景框法、照相法、概率分析估算法以及数学模型等多种测定方法，但都因测量的精度或操作过程不便而在实际应用中受到限制。
20世纪90年代后，国外学者开发出了采用数字化扫描测定单株树木疏透度的方法，并发展形成了“光学相机”与“数字图像处理”软件相结合的林带疏透度测定方法，实现了对林带疏透度较为精确的定量化测定。但是这一方法也有其明显的缺陷，一是获取相片的成本比较高，二是照片通过扫描输入会使分辨率降低。
随着计算机图像处理技术的发展和数码照相技术的出现与不断完善，使数码相机与计算机图形处理相结合，廉价、准确、快速定量测定农田防护林林带的疏透度已成为可能。为此，研发提出“数码相机”与“遥感图像处理软件(如ENVI4.0)”相结合的林带疏透度测定方法，并通过实验证明了其有效性，实现了对农田防护林林带疏透度快速、准确、廉价的定量化测定，并且操作简便、实用性强、便于推广应用，为农田防护林的营造、林带结构的优化和经营管理提供了技术方法。
发明内容
本发明的目的就是利用“数码相机”与“遥感图像处理软件(如ENVI4.0)”相结合，快速、准确、简便、经济地测定农田防护林林带疏透度。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的本发明对农田防护林林带疏透度的测定，其主要技术方案是①在垂直林带20米至30米处拍摄林带数码照片，照片的拍摄高度和中心为林带平均高的一半；②将拍摄的林带数码照片存入计算机，并转换成遥感图像处理软件(如ENVI4.0)所支持的BMP、TIF、GIF、PCX或JPEG等图像格式。用图像处理软件(如Photoshop)将图像由彩色图像转换成256阶灰度图像并将图像中与测量无关的信息处理掉；③用图像处理软件(如Photoshop)的选定和裁剪功能裁定林带断面的测定范围，上限以林带平均高处为准，林冠与林干两部分之间的分界线以平均枝下高为准；④用遥感图像处理软件(如ENVI4.0)确定林冠和林干的界定阈值并用红色进行填充，然后统计出林冠所占的像素数和林冠断面所在影像的总像素数；用同样方法统计出林干所占的像素数和林干断面所在影像的总像素数；⑤林带疏透度值采用加权平均法β＝(β1×h1+β2×h2)/H进行计算，式中β为疏透度；β1为林冠疏透度；β2为林干疏透度；H为林带平均高；h1为林冠平均高；h2为林干平均高；β1＝林冠填充像素数/林冠断面所在影像的总像素数；β2＝林干填充像素数/林干断面所在影像的总像素数。
本发明的进一步要点是以“数码相机”和“遥感图像软件(如ENVI4.0)”相结合，通过数码相片上林带枝体与其空隙之间的灰度差异，应用数字图像处理系统将它们严格分割开来，由各自所占据的“像素”来统计林带影像的孔隙度(林带相片疏透度)，用以估计林带实际疏透度。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和卓著的效果①本发明采用“数码相机”和“遥感图像软件(如ENVI4.0)”相结合的方法测定林带疏透度，具有与现代计算机图像处理技术和数码照相技术共同发展的优点。
②本发明与现有的目测法、方格景框法、照相法、概率分析估算法、数学模型以及“光学相机”与“数字图像处理”软件相结合等多种测定方法相比，具有成本低廉、快速、准确、操作简便、实用性强、具有开放性、便于应用的优点。
③本发明采用像素数在400万以上的数码相机，对农田防护林林带疏透度测定的误差只有万分之几，可以达到非常高的测定准确度。
具体实施例方式
实施例数码相机Nikon D70遥感图像处理软件ENVI4.0应用步骤①在垂直林带20米至30米处用Nikon D70数码相机拍摄林带数码照片，照片的拍摄高度和中心为林带平均高的一半；②将拍摄的林带数码照片存入计算机，并转换成遥感图像处理软件ENVI4.0所支持的BMP、TIF、GIF、PCX或JPEG等图像格式，用图像处理软件Photoshop将图像由彩色图像转换成256阶灰度图像并将图像中与测量无关的信息处理掉；③用图像处理软件Photoshop的选定和裁剪功能裁定林带断面的测定范围，上限以林带平均高处为准，林冠与林干两部分之间的分界线以平均枝下高为准；④用遥感图像处理软件ENVI4.0确定林冠和林干的界定阈值并用红色进行填充，然后统计出林冠所占的像素数和林冠断面所在影像的总像素数；并计算出林冠部的疏透度值。用同样方法统计出林干所占的像素数和林干断面所在影像的总像素数，并计算出林干部的疏透度值。
⑤林带疏透度值采用加权平均法β＝(β1×h1+β2×h2)/H进行计算得到，式中β为疏透度；β1为林冠疏透度；β2为林干疏透度；H为林带平均高；h1为林冠平均高；h2为林干平均高；β1＝林冠填充像素数/林冠断面所在影像的总像素数；β2＝林干填充像素数/林干断面所在影像的总像素数。
权利要求
1.一种对农田防护林林带疏透度快速、准确、操作简便、更经济、实用性强、便于推广应用的测定方法，其原理是应用数字图像处理系统，根据相片上林带枝体与其空隙之间的灰度差异，经二值图像处理将它们严格分割开来，由各自所占据的“像素”来统计林带影像的孔隙度(林带相片疏透度)，用以估计林带实际疏透度。其操作步骤是①在垂直林带20米至30米处拍摄林带数码照片，照片的拍摄高度和中心为林带平均高的一半；②将拍摄的林带数码照片存入计算机，并转换成遥感图像处理软件(如ENVI 4.0)所支持的BMP、TIF、GIF、PCX或JPEG等图像格式，用图像处理软件(如Photoshop)将图像由彩色图像转换成256阶灰度图像并将图像中与测量无关的信息处理掉；③用图像处理软件(如Photoshop)的选定和裁剪功能裁定林带断面的测定范围，上限以林带平均高处为准，林冠与林干两部分之间的分界线以平均枝下高为准；④用遥感图像处理软件(如ENVI4.0)确定林冠和林干的界定阈值并用红色进行填充，然后统计出林冠所占的像素数和林冠断面所在影像的总像素数；用同样方法统计出林干所占的像素数和林干断面所在影像的总像素数；⑤林带疏透度值采用加权平均法β＝(β1×h1+β2×h2)/H进行计算，式中β为疏透度；β1为林冠疏透度；β2为林干疏透度；H为林带平均高；h1为林冠平均高；h2为林干平均高；β1＝林冠填充像素数/林冠断面所在影像的总像素数；β2＝林干填充像素数/林干断面所在影像的总像素数。
2.根据权利要求1所述的林带疏透度的测定方法，其特征是选取典型的林带在垂直林带20米至30米处拍摄林带数码照片。拍摄前在所摄取林带的边缘放置一定高的花杆(如2米)，用于直接通过像素点的比率在相片上计算林带的平均高、枝下高，照片的拍摄高度和中心为林带平均高的一半。
3.根据权利要求1所述的林带疏透度的测定方法，其特征是用图像处理软件(如Photoshop)的选定和裁剪功能裁定林带断面的测定范围，上限以林带平均高处为准，林冠与林干两部分之间的分界线以平均枝下高为准。
4.根据权利要求1所述的林带疏透度的测定方法，其特征是用遥感图像处理软件(如ENVI4.0)确定林冠和林干的界定阈值并用红色进行填充，然后统计出林冠所占的像素数和林冠断面所在影像的总像素数；用同样方法统计出林干所占的像素数和林干断面所在影像的总像素数。
5.根据权利要求4所述的林带疏透度的测定方法，其特征是林带疏透度值采用加权平均法进行计算。
全文摘要
本发明涉及农田防护林林带疏透度数字化测定的新方法。主要解决农田防护林林带疏透度廉价、准确、快速的定量测定问题。该方法是以“数码相机”和“遥感图像软件”相结合，通过数码相片上林带枝体与其空隙之间的灰度差异，经计算机图形处理软件的图像处理将它们严格分割开来，由各自所占据的“像素”来统计林带影像的孔隙度(林带相片疏透度)，用以估测林带实际疏透度。本发明可用于农田防护林林带疏透度的定量化测定。
文档编号A01G23/00GK1883251SQ20051008127
公开日2006年12月27日 申请日期2005年6月23日 优先权日2005年6月23日
发明者潘存德, 万猛 申请人:新疆农业大学