一种林带疏透度测定的新方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及防护林生态工程学，具体涉及防护林林带疏透度测定的新方法。
【背景技术】
[0002]防护林带的防护作用取决于特定结构的林带对风速、湍流应力以及压力等空气动力学特征的影响。在众多林带结构因子中，疏透度是其它各项结构因子的综合表征。因此，在生产及理论研究中，常用疏透度作为区别林带结构优劣的最主要指标之一。目前疏透度测量主要有目测法、方格景框法、概率估测法以及间接的模型法，但这些方法的粗放性很不适合结构研究与指导生产实践的需要。为更精确测定林带的疏透度，国外学者用数字化扫描方法测定单株树的疏透度，并发展形成了利用光学相机获得林带影像并结合数字图像处理软件测定林带疏透度的方法，实现了林带透光疏透度更精确的定量化测度。但用光学相机获取相片对于需要大量照片的科研和生产工作来说成本太高，而且将照片扫描入计算机时也会降低分辨率。随着计算机图像处理技术的提高及数码技术的不断完善，使数码相机与计算机图形处理方法相结合来准确、快速的定量测定防护林带的疏透度，进而通过对防护林带疏透度的研究来指导生产成为可能，例如“一种防护林带疏透度的测定方法”(专利号为CN101750114A)，其优点是对林带疏透度实现三维测量，缺点是计算过程繁琐，操作性、实用性和推广应用还有待进一步加强。
[0003]为此通过数码相机与专业的图像分析软件Image-Pro Plus 6.0相结合的林带疏透度测定方法，通过野外观测和室内风洞实验得到验证，以其快速、准确、操作简便、实用性强和便于推广应用，为防护林营造和结构优化提供科学的理论依据。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，提供一种林带疏透度测定的新方法，该方法是以数码相机和专业图像分析软件(Image-Pro Plus 6.0)相结合,通过数码照片上林带枝叶与空隙之间的色差，经图像分析软件处理将它们严格分割开，由林带枝叶和空隙所占图像的像素点即面积来计算疏透度(林带相片疏透度)，用以估算林带的实际疏透度。本发明可用于防护林林带疏透度的定量化测定。
[0005]本发明所述的一种林带疏透度测定的新方法，按下列步骤进行:
a、标尺设定:拍摄前在所摄取林带的边缘放置5m长度塔尺，通过塔尺高度为图像分析设定标尺，以便计算林带林带平均高度及枝下高；
b、拍摄时间:选取正午11点到12点，阳光直射林带此时图像采集能够达到最好的采光条件；
C、图像拍摄:在垂直于林带20-30m处摄取垂直林带截面的数码照片，照片拍摄高度和中心为林带平均高度；
d、图像分析:根据平均枝下高来界定林冠区域和林干区域的范围，上限以林带平均高度为准，林冠与林干分界线以平均枝下高为准，利用图像分析软件对林冠、林干、林冠区域和林干区域着色并分别计算其所占的像素数即面积；
e、疏透度测定:采用加权平均法得到林带疏透度值。
[0006]步骤d中通过图像分析软件Image-Pro Plus 6.0,根据平均枝下高来界定林冠区域和林干区域的范围，对林冠和林干以及林冠区域和林干区域分别进行着色，在软件菜单栏选取算法，然后各自统计出林冠和林干以及林冠区域和林干区域所占的像素即面积。
[0007]步骤d中林带林冠、林冠区域、林干以及林干区域所占的像素面积导入excel表进行计算。
[0008]本发明所述的一种林带疏透度测定的新方法，该方法原理是应用专业图像分析软件，根据所拍摄林带枝叶与其空隙之间的灰度差异，经过图像分析软件将它们严格分割开，由各自所占图像的像素点即面积来计算林带疏透度(林带相片疏透度)，用以估算林带的实际疏透度。标尺设定:拍摄前在所摄取林带的边缘放置5m长度塔尺，通过塔尺高度为图像分析设定标尺，以便计算林带林带平均高度及枝下高；拍摄时间:拍摄时间多选取正午11点到12点，阳光直射林带此时图像采集能够达到最好的采光条件；图像拍摄:在垂直于林带20-30m处摄取垂直林带截面的数码照片，照片拍摄高度和中心为林带平均高度；图像分析:根据平均枝下高来界定林冠区域和林干区域的范围，上限以林带平均高度为准，林冠与林干分界线以平均枝下高为准，利用图像分析软件对林冠、林干、林冠区域和林干区域着色并分别计算其所占的像素数即面积；疏透度测定:采用加权平均法β = ( β ΑΑβ 2h2)/H，其中β为疏透度，P1为林冠疏透度，β2为林干疏透度，H为林带平均高，匕为林冠平均高，112为林干平均高。其中β I的计算式为林冠的填充像素数/林冠所在区域的总像素数，β2的计算式为林干的填充像素数/林干所在区域的总像素数。
[0009]本发明所述的一种林带疏透度测定的新方法的优点是:
本发明采用数码照相技术和专业图像分析处理软件(Image-Pro Plus 6.0)相结合的方法来测定林带疏透度，是对林带疏透度的数字化测定方法的一种改进。
[0010]本发明相比以往目测法、方格景框法、概率估测法以及间接的模型测度方法，具有快速、准确、操作简便、实用性强和便于推广应用等优点。
[0011]本发明采用相机像素为1220万，可以有效的降低防护林疏透度计算的误差范围，达到更好的测量精度。
【附图说明】
[0012]图1为本发明林带拍摄前标尺设定；
图2为本发明对林带影像测定范围的裁定；
图3为本发明对林冠、林干、林冠区域和林干区域着色图；
图4为本发明对林冠所占像素面积的计算；
图5为本发明林带影处理前(左)后(右)对比图。
【具体实施方式】
[0013]实施例:
数码相机:Canon EOS 450D 图像分析软件Image-Pro Plus 6.0 选择和田地区绿洲农田防护林(杨树)，正午11点到12点左右，在垂直于南北走向林带20-30m处利用Canon EOS 450D数码照相机摄取林带截面的照片，拍摄前在所摄取林带的边缘放置5m高塔尺，通过塔尺高度为图像分析设定标尺，照片拍摄高度和中心一般为林带平均高度(图1);
将拍摄的林带照片导入图像分析软件Image-Pro Plus 6.0,在菜单栏中依次选Measure — Calibrat1n — Spatial 打开 Spatial Calibrat1n 窗口，点击 New 按钮新建一个标尺在Name和Unit栏中分别输入标尺名和单位(m),同时点击Image按钮,此时所摄取的林带图像上会出现标尺图标，拖动图标，同时使其两端与图像上5m高度的塔尺对齐，然后在Scaling窗口输入标尺图标所代表的长度(m),点击OK返回后再点击Close完成标尺设定；
用Image-Pro Plus 6.0打开待分析的林带图像，在菜单栏中依次选择Measure — Calibrat1n — Select Spatial选择与本图像对应的标尺，点击OK完成标尺的选择；
在菜单栏中选择Measure — Count /Size,打开Count /Size 窗口，选择Manual — Select Colors进入Segmentat1n窗口，选择吸管工具，首先根据平均枝下高来界定林冠区域和林干区域的范围(图2)，点击林冠并着色。此时图像上的所有的林冠会被吸管工具识别并被着色(图3)，点击Close返回Count /Size窗口，在本窗口菜单栏中选择 Measure — Select Measurements,选择 area, OK 返回，点击 Count, Image-Pro Plus
6.0即完成对图像林冠所占像素面积的计算，用同样的方法计算林冠所在区域的总像素面积、林干以及林干所在区域的像素面积(图4)；
在Count /Size窗口菜单栏中选择View — Measurement Data,统计所得数据即在本窗口显示,选择File — Data to clipboard,数据结果即被复制至粘贴板中，在Excel中粘贴，林带林冠、林冠区域、林干以及林干区域所占的像素面积被计算出；
疏透度测定采用加权平均法β= (/H，其中β为疏透度，βι为林冠疏透度，β2为林干疏透度，H为林带平均高，Ii1为林冠平均高，h2为林干平均高。其中，P1的计算式为林冠的填充像素数/林冠所在区域的总像素数，β2的计算式为林干的填充像素数/林干所在区域的总像素数。
【主权项】
1.一种林带疏透度测定的新方法，其特征在于按下列步骤进行: a、标尺设定:拍摄前在所摄取林带的边缘放置5m长度塔尺，通过塔尺高度为图像分析设定标尺，以便计算林带林带平均高度及枝下高； b、拍摄时间:选取正午11点到12点，阳光直射林带此时图像采集能够达到最好的采光条件； C、图像拍摄:在垂直于林带20-30m处摄取垂直林带截面的数码照片，照片拍摄高度和中心为林带平均高度； d、图像分析:根据平均枝下高来界定林冠区域和林干区域的范围，上限以林带平均高度为准，林冠与林干分界线以平均枝下高为准，利用图像分析软件对林冠、林干、林冠区域和林干区域着色并分别计算其所占的像素数即面积； e、疏透度测定:采用加权平均法得到林带疏透度值。
2.根据权利要求1所述的林带疏透度的测定方法，其特征在于步骤d中通过图像分析软件Image-Pro Plus 6.0,根据平均枝下高来界定林冠区域和林干区域的范围,对林冠和林干以及林冠区域和林干区域分别进行着色，在软件菜单栏选取算法，然后各自统计出林冠和林干以及林冠区域和林干区域所占的像素即面积。
3.根据权利要求1所述的林带疏透度的测定方法，其特征在于步骤d中林带林冠、林冠区域、林干以及林干区域所占的像素面积导入excel表进行计算。
【专利摘要】本发明涉及一种林带疏透度测定的新方法，该方法是以数码相机和专业图像分析软件（Image-Pro Plus 6.0）相结合，通过数码照片上林带枝叶与空隙之间的色差，经图像分析软件处理将它们严格分割开，由林带枝叶和空隙所占图像的像素点即面积来计算疏透度（林带相片疏透度），用以估算林带的实际疏透度，用于防护林林带疏透度的定量化测定。该方法具有快速、准确、操作简便、实用性强和便于推广应用等优点。
【IPC分类】G06T7-00, G01B11-00
【公开号】CN104534982
【申请号】CN201410726278
【发明人】周杰, 雷加强, 穆桂金, 郭京衡, 徐立帅, 孙琳, 薛杰
【申请人】中国科学院新疆生态与地理研究所
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月4日