基于对称凸包和平滑轮廓的单木通透度计算

发布时间：2021-10-22 11:51

　　【目的】为解决现有单木通透度评估受观察者视角和主观性影响较大、难以建立统一判别标准的问题,基于树木数字图像进行单木结构特征识别与整合,研究树冠所形成的内部和外部区域,定量评估单木通透度,为单木健康状况监测和生长状态分析提供技术支持。【方法】以雪松为研究对象,采用Surface Pro 4获取单木图像,利用压感触控笔手工圈存图像中冠层区域,并将圈存区域进行图像灰度化和二值化,得树木二值化图像,运用形态学运算获得树冠平滑轮廓,确定树冠在竖直方向的对称轴,建立树冠基于对称轴的镜像,使用Delaunay Tri函数得到冠层三角网,Convex hull函数得到树冠凸包,从平滑轮廓中任意点开始沿顺时针方向行走,计算平滑轮廓上各点到凸包的最短距离,利用K-均值聚类算法确定深度和轻度凹陷,计算深度凹陷密度,将树冠平滑轮廓内区域进行连通区域标记,利用K-均值聚类算法将标记的连通区域分为大孔和小孔,分别计算大孔和小孔密度,对深度凹陷密度、大孔和小孔密度3个系数赋予不同权重,定量评估单木通透度。参考林业专家经验和树木生长规律,采用深度凹陷密度、大孔和小孔密度3个系数定量评估单木通透度,考虑深度凹陷对冠形和... 

【文章来源】：林业科学. 2020,56(10)北大核心EICSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

单木通透度计算流程

以雪松(Cedrus deodara)为研究对象，该树种为常绿乔木，树冠尖塔形，大枝平展，小枝略下垂，在我国多地栽培引种，除了可用作庭园观赏外，也是一种重要的建筑用材。采用设备自带的高清摄像头获取单木图像，图像中可清晰辨识枯枝、新枝等反映树木生长状态的细节信息。在采集图像时，确保观察者处于合适的距离，以相机可拍摄树木全貌且图像显示清晰为准，同时尽量保持仰视角小于60°、俯视角小于30°，水平距离大于树高，如图2所示。标记观察者获取图像时站立的位置、树木种类、天气情况、拍摄日期等信息，便于后续不同时段进行重复观测，分析和评估单木通透度的变化。1.2 单株树木提取

采用Matlab中的函数get (axes Handle，‘Current Point’)获取鼠标点击处的图像坐标，并将这些坐标组成封闭多边形。为了提取多边形所包围的感兴趣区域(即单木区域)，使用函数inpolygon(m1,n1,im,in)判断图像中各像素点是否在多边形内，其中im、in为构成多边形边界的顶点坐标，m1、n1为图像中的像素点坐标。get函数返回结果为逻辑类型的0或1，如果该点在多边形内则返回1，否则为0。运用imwrite()函数将多边形包围的图像区域存储，区域外的图像背景填充为黑色，可实现手动点击产生多边形，并圈存多边形区域，完成单木区域提取，如图3所示。1.3 感兴趣区域的灰度化和二值化

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于K均值聚类的组织损伤等级判定研究[J]. 颜佩,丁亚军,钱盛友,胡强,盛祎,邹孝.  电子测量与仪器学报. 2017(03)
[2]基于OTSU改进算法的森林冠层孔隙度提取技术研究[J]. 宋文龙,郭慧,宋佳音,朱良宽.  林业资源管理. 2015(01)
[3]基于数学形态学和颜色特征的车牌定位方法[J]. 廉宁,徐艳蕾.  图学学报. 2014(05)
[4]基于RGB颜色模型棉花杂质检测算法[J]. 冯志新,安浩平,吴顺丽.  计算机与现代化. 2013(04)
[5]Delaunay三角网构建方法比较研究[J]. 余杰,吕品,郑昌文.  中国图象图形学报. 2010(08)

硕士论文
[1]图像预处理设计与实现[D]. 刘博峰.哈尔滨工程大学 2016



本文编号：3451043