基于鱼眼相机山地森林有效叶面积指数的计算方法

本发明涉及有效叶面积指数计算，尤其涉及一种基于鱼眼相机山地森林有效叶面积指数的计算方法。

背景技术：

1、在地表调查工作中，为了获取更多的关于冠层的影像信息，鱼眼相机是调查员获取区域内有效叶面积指数的常用工具。我国山地众多，在使用鱼眼相机测量有效叶面积指数laie（effective leaf area index，laie）时，测量数据的精度受地形坡度影响严重。

2、经过研究证明，路径长度校正原理（path length correction，plc）是校正地形对有效叶面积指数laie测量影响的较为优越的一种方法。使用plc方法可以得到坡地的水平地面等效间隙率，然后使用beer定律计算有效叶面积指数laie。然而，beer定律中存在两个未知参数：叶倾角函数(g)和有效叶面积指数laie。现有的方法是使用查找表法去解得有效叶面积指数laie，即对每一种可能的叶倾角函数(g)取值计算对应的有效叶面积指数laie，再对有效叶面积指数laie加权平均作为最终的结果。这种方法精度和泛用性不足以满足实际需要，且在数据处理过程中增加了计算量。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于鱼眼相机山地森林有效叶面积指数的计算方法，解决了传统使用查找表法去解得有效叶面积指数存在精度和泛用性不足以满足实际需要的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种基于鱼眼相机山地森林有效叶面积指数的计算方法，该方法包括以下步骤：

3、s1、使用水平贴近放置在坡面上的鱼眼相机，以垂直向上进行观测采样并多次拍摄任一区域内植被的冠层图像；

4、s2、对多次采样得到的冠层图像进行二值化处理，将若干冠层图像中的天空和树冠进行分割得到二值化冠层图像；

5、s3、将多张二值化冠层图像进行网格划分得到半球空间内的合成多角度冠层间隙率图像，并根据合成多角度冠层间隙率图像确定具有代表性的坡地冠层间隙率；

6、s4、基于plc方法对坡地冠层间隙率进行地形校正得到平地冠层间隙率；

7、s5、根据平地冠层间隙率计算当前区域的有效叶面积指数。

8、进一步地，在步骤s2中，将若干冠层图像中的天空和树冠进行分割得到二值化冠层图像，具体为：将大于临界灰度值的像素灰度设为灰度极大值1，其代表明亮的天空；将小于临界灰度值的像素灰度设为灰度极小值0，其代表遮挡光线的树冠。

9、进一步地，在步骤s3中，具体过程包括以下步骤：

10、s31、基于鱼眼相机采样时的观测方向为方位角方向，并以n度间隔划分为观测方位角；

11、s32、基于观测方位角，以离散化miller定理需要的观测天顶角，并以m度间隔划分为若干个网格得到半球空间内单张多角度的冠层间隙率图像；

12、s33、统计冠层间隙率图像中每个网格内的天空像素占比得到各个方向的冠层间隙率；

13、s34、对在同一观测方位角下的多张冠层间隙率图像进行合成得到半球空间内的合成多角度冠层间隙率图像；

14、s35、根据合成多角度冠层间隙率图像得到具有代表性的坡地冠层间隙率。

15、进一步地，在步骤s4中，基于plc方法对坡地冠层间隙率进行地形校正包括经典plc法和改进plc法。

16、进一步地，所述采用经典plc法对坡地冠层间隙率进行地形校正的公式为：

17、；

18、式中，为坡度；为坡向；为观测天顶角；为观测方位角；为plc改正系数；为坡地冠层间隙率；平地冠层间隙率。

19、进一步地，所述采用改进plc法对坡地冠层间隙率进行地形校正的公式为：

20、；

21、式中，为坡地冠层间隙率；平地冠层间隙率；“”为区分坡地与平地场景中的相同符号；为坡地林分面积在观测方向垂直平面上的投影面积；为水平林分面积在观测方向垂直平面上的投影面积；为坡地上描述偏离泊松模型的树分布的重要参数；为对应平地上描述偏离泊松模型的树分布的重要参数。

22、进一步地，在步骤s5中，有效叶面积指数laie的计算公式为：

23、；

24、式中，为有效叶面积指数结果；为观测天顶角的划分总数；为下坡方向观测方位角的划分总数；为第、方向上的平地冠层间隙率；为观测天顶角环状间隔的中心角度；为各个观测天顶角的计算权重。

25、借由上述技术方案，本发明提供了一种基于鱼眼相机山地森林有效叶面积指数的计算方法，至少具备以下有益效果：

26、本发明可以有效且便捷地计算出山地的有效叶面积指数laie，得出可靠的有效叶面积指数laie解析解，解决了传统使用查找表法去解得有效叶面积指数存在精度和泛用性不足以满足实际需要的技术问题，并且显著降低了数据处理过程中的计算量。

技术特征：

1.一种基于鱼眼相机山地森林有效叶面积指数的计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，在步骤s2中，将若干冠层图像中的天空和树冠进行分割得到二值化冠层图像，具体为：将大于临界灰度值的像素灰度设为灰度极大值1，其代表明亮的天空；将小于临界灰度值的像素灰度设为灰度极小值0，其代表遮挡光线的树冠。

3.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，在步骤s3中，具体过程包括以下步骤：

4.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，在步骤s4中，基于plc方法对坡地冠层间隙率进行地形校正包括经典plc法和改进plc法。

5.根据权利要求4所述的计算方法，其特征在于，所述采用经典plc法对坡地冠层间隙率进行地形校正的公式为：

6.根据权利要求4所述的计算方法，其特征在于，所述采用改进plc法对坡地冠层间隙率进行地形校正的公式为：

7.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，在步骤s5中，有效叶面积指数laie的计算公式为：

技术总结本发明涉及有效叶面积指数计算技术领域，解决了传统使用查找表法去解得有效叶面积指数存在精度和泛用性不足以满足实际需要的技术问题，尤其涉及一种基于鱼眼相机山地森林有效叶面积指数的计算方法，包括：观测并采样冠层图像、对冠层图像进行二值化处理、确定具有代表性的坡地冠层间隙率、对坡地冠层间隙率进行地形校正、计算有效叶面积指数。本发明可以有效且便捷地计算出山地的有效叶面积指数LAIe，得出可靠的有效叶面积指数LAIe解析解，解决了传统使用查找表法去解得有效叶面积指数存在精度和泛用性不足以满足实际需要的技术问题，并且显著降低了数据处理过程中的计算量。技术研发人员：耿君,张腾,许劲松,涂丽丽,尹高飞,靳华安,陶庭叶,张春菊受保护的技术使用者：合肥工业大学技术研发日：技术公布日：2024/7/29