本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種基于數(shù)碼圖像技術(shù)獲取灌木分枝長度的方法，該方法利用數(shù)碼相機(jī)獲取的數(shù)碼圖像、計算機(jī)圖像處理以及分形特征方法，設(shè)計了可準(zhǔn)確獲取植物分形特征的裝置，并給出了根據(jù)植物分形盒維數(shù)來獲得植物分枝長度的方法，通過對圖像分形特征的分析，快速、無損和準(zhǔn)確的獲取植物分枝長度，本發(fā)明專利技術(shù)所述方法為定量研究荒漠灌木地上部生長動態(tài)特征提供了一種新的思路，為促進(jìn)野外準(zhǔn)確和快速獲取荒漠植物生長動態(tài)監(jiān)測的發(fā)展和完善具有重要意義，克服了現(xiàn)有植物地上部器官生長連續(xù)測定方法中存在的缺點。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及一種基于數(shù)碼圖像技術(shù)分析灌木分形特征獲得植物分枝長度的方法，該方法對于植物生長動態(tài)非破壞性調(diào)查具有重要的實用價值。
技術(shù)介紹
荒漠植被作為荒漠生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，其生長發(fā)育過程對荒漠生境的響應(yīng)和適應(yīng)，尤其是荒漠植物生長發(fā)育對水分條件的響應(yīng)和適應(yīng)，對干旱區(qū)荒漠生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)恢復(fù)及植被演替的研究具有重要意義。因此，研究荒漠植物的生長動態(tài)特征及其對生境條件改變的響應(yīng)是其急需解決的核心問題。目前，對荒漠植物的調(diào)查研究大多采用破壞性采用，無法準(zhǔn)確獲取植物各類器官的連續(xù)生長動態(tài)特征，而分形特征可以用來表征具有自相似特征物體在空間變化特征以及部分定量特征。目前，分形特征已經(jīng)廣泛采用來表征植物地上部和根系在空間的發(fā)育特征，利用植物的分形特征與植物生物學(xué)特征之間的相關(guān)性，就可以較為容易獲取荒漠植物生長的動態(tài)變化。本專利技術(shù)以準(zhǔn)確獲取植物地上部分枝長度為目的，利用數(shù)碼相機(jī)獲取的數(shù)碼圖像、計算機(jī)圖像處理方法以及分形特征方法，設(shè)計了可準(zhǔn)確獲取植物分形特征的裝置，并給出了根據(jù)植物分形盒維數(shù)來獲得植物分枝長度的方法。本專利技術(shù)所述方法為定量研究荒漠灌木地上部生長動態(tài)特征提供了一種新的思路和方法
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于，提供，該方法利用數(shù)碼相機(jī)獲取的數(shù)碼圖像、計算機(jī)圖像處理以及分形特征方法，設(shè)計了可準(zhǔn)確獲取植物分形特征的裝置，并給出了根據(jù)植物分形盒維數(shù)來獲得植物分枝長度的方法，通過對圖像分形特征的分析，快速、無損和準(zhǔn)確的獲取植物分枝長度，本專利技術(shù)所述方法為定量研究荒漠灌木地上部生長動態(tài)特征提供了一種新的思路，為促進(jìn)野外準(zhǔn)確和快速獲取荒漠植物生長動態(tài)監(jiān)測的發(fā)展和完善具有重要意義，克服了現(xiàn)有植物地上部器官生長連續(xù)測定方法中存在的缺點。本專利技術(shù)所述的，該方法中所涉及的裝置為數(shù)碼相機(jī)、伸縮式三腳架、被拍照的植物、白色背景板和已知長度的標(biāo)定物組成，具體操作按以下步驟進(jìn)行a、首先將要拍攝的植物(3)放置在已固定好的數(shù)碼相機(jī)(I)和白色背景板(4)之間，調(diào)整好數(shù)碼相機(jī)(I)的拍攝高度、距離和角度，進(jìn)行數(shù)碼圖像的拍攝，獲取植物拍攝圖像；b、采用常規(guī)的圖像處理軟件對獲取的圖像進(jìn)行裁剪，轉(zhuǎn)化為二值圖；C、基于常規(guī)的分形理論中盒維數(shù)的定義，采用常規(guī)的VC++在Windows平臺下面向?qū)ο蟮木幊谭椒▽崿F(xiàn)植物分形特征參數(shù)計算程序的編譯，利用編譯的計算程序獲取該圖像的分形維數(shù)和截距；d、根據(jù)實測的分枝長度與分枝的分形維數(shù)和截距擬合線性回歸方程，利用該方程即可得到具有不同分形特征的同種植物的分枝長度。步驟a中所述的裝置中數(shù)碼相機(jī)(I)固定在伸縮式三腳架(2)上，被拍照的植物(3)固定在數(shù)碼相機(jī)(I)和白色背景板(4)之間，在白色背景板(4)上設(shè)有已知長度的標(biāo)定物(5)。步驟a中所述的裝置中植物為360°旋轉(zhuǎn)，數(shù)碼相機(jī)(I)為上下左右移動，白色背景板(4)為前后移動。步驟a中所述的裝置中數(shù)碼相機(jī)(I)的拍攝高度需根據(jù)被拍照的植物(3)的高度進(jìn)行調(diào)整，拍攝角度為0-360°任意一個角度、被拍照的植物(3)與白色背景板(4)之間的距離為100cm。 本專利技術(shù)所述的，該方法所涉及的裝置為包括要測定的目標(biāo)植物、可以連續(xù)進(jìn)行拍照獲取植物圖像的數(shù)碼相機(jī)、固定相機(jī)的伸縮式三腳架、白色背景板和已知長度的標(biāo)定物五個部分；該方法中被測的目標(biāo)植物是固定的，植物可以360°旋轉(zhuǎn)，但不能前后左右上下移動，數(shù)碼相機(jī)是可以上下左右移動以調(diào)整拍攝高度和目標(biāo)物之間的距離，白色背景板可以前后移動用以調(diào)整與拍攝植物之間的距離，而背景板可根據(jù)被拍攝植物的冠幅大小和高度進(jìn)行尺寸的選擇；另外，背景板上須附上已知準(zhǔn)確長度的標(biāo)尺，用以根據(jù)植物分枝分形特征參數(shù)來計算分枝長度。本專利技術(shù)所述的方法中的裝置結(jié)構(gòu)簡單，制作和操作也較容易。本專利技術(shù)，該方法首先將要拍攝的植物放置在已固定好的數(shù)碼相機(jī)和白色背景板之間，調(diào)整好適當(dāng)?shù)呐臄z高度和距離，進(jìn)行數(shù)碼圖像的拍攝；利用采用圖像處理軟件對獲取的圖像進(jìn)行裁剪，轉(zhuǎn)化為二值圖；基于分形理論中盒維數(shù)的定義，設(shè)圖像的邊長為L (圖像長度，包含一定數(shù)量的像素)，以r為小正方形的邊長(其取值從I到L)，計算不同的r值情況下圖像所截取的以邊長為r的正方形的數(shù)量，并記為N(r);隨著r從I到L的變化，N(r)可以取到一系列的不同值，并且N(r)的值隨著r的減少而逐漸增大；在獲得r和N(r)值后，分別以log(r)與log(N(r))作為自變量與應(yīng)變量，進(jìn)行l(wèi)og(r)與log(N(r))的直線回歸分析，得到方程log (N (r)) = -FdIog (r)+log (k)式中K是定值(截距)，F(xiàn)d即為所求得的植物的分形維數(shù)(斜率)；Fd的微小變化一般會反映出植物形態(tài)的急劇變化，可以作為不同生長條件與年齡植物分枝與生長特征的描述；計算植物分形特征值Fd是采用VC++在Windows平臺下面向?qū)ο蟮木幊谭椒▽崿F(xiàn)植物分形特征參數(shù)計算程序的編譯，利用編譯的程序獲取圖像所對應(yīng)的植物分枝的分形維數(shù)和截距；根據(jù)試驗驗證結(jié)果，表明分形維數(shù)與植物分枝長度之間沒有較好的相關(guān)性，而分形截距與植物分枝長度之間存在顯著的線性相關(guān)；根據(jù)實測的分枝長度和分形截距擬合線性回歸方程，利用該方程便可用以計算具有不同分形特征同種植物的分枝長度。附圖說明圖I為本專利技術(shù)中裝置示意圖。具體實施例方式實施例I :測定不同拍攝距離與角度下植物的分形特征將數(shù)碼相機(jī)I固定在伸縮式三腳架2上，被拍照植物3梭梭2年齡幼苗植株固定在數(shù)碼相機(jī)I和2mX 2m白色背景板4之間，在白色背景板4上設(shè)有已知長度的標(biāo)定物5 ;植物3為360°旋轉(zhuǎn)，不能前后左右上下移動；數(shù)碼相機(jī)I為上下左右移動；白色背景板4為前后移動；首先將要拍攝的植物3梭梭2年齡幼苗植株放置在已固定好的數(shù)碼相機(jī)I和白色背景板4之間，調(diào)整好數(shù)碼相機(jī)1，設(shè)置不同拍攝距離和拍攝角度分別采集梭梭2年齡幼苗植株的圖像，按表I設(shè)定不同拍攝距離與拍攝角度進(jìn)行梭梭2年齡幼苗植株圖像的獲??； 表I不同因素的水平設(shè)定以及拍攝組合的設(shè)定權(quán)利要求1.，其特征在于該方法所涉及的裝置為數(shù)碼相機(jī)、伸縮式三腳架、被拍照的植物、白色背景板和已知長度的標(biāo)定物組成，具體操作按下步驟進(jìn)行 a、首先將要拍攝的植物(3)放置在已固定好的數(shù)碼相機(jī)(I)和白色背景板(4)之間，調(diào)整好數(shù)碼相機(jī)(I)的拍攝高度、距離和角度，進(jìn)行數(shù)碼圖像的拍攝，獲取植物拍攝圖像； b、采用常規(guī)的圖像分析軟件或工具對獲取的圖像進(jìn)行裁剪，然后轉(zhuǎn)化為二值圖； C、基于常規(guī)的分形理論中盒維數(shù)的定義，采用常規(guī)的VC++在Windows平臺下面向?qū)ο蟮木幊谭椒▽崿F(xiàn)植物分形特征參數(shù)的獲取，運(yùn)行編譯的計算程序，得到該圖像的分形維數(shù)和截距； d、根據(jù)實測的分枝長度的分形維數(shù)和截距建立線性回歸分析方程，利用該方程即可得到相同種植物具有不同分形特征的植物分枝的總長度。2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于步驟a中所述的裝置中數(shù)碼相機(jī)(I)固定在伸縮式三腳架(2 )上，被拍照的植物(3 )固定在數(shù)碼相機(jī)(I)和白色背景板(4 )之間，在白色背景板(4)上設(shè)有已知長度的標(biāo)定物(5)。3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于步驟a中所述的裝置中植物為360°旋轉(zhuǎn)，數(shù)碼相機(jī)(I)為上下左右移動，白色背景板(4)為前后移動。4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于步本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種基于數(shù)碼圖像技術(shù)獲取灌木分枝長度的方法，其特征在于該方法所涉及的裝置為數(shù)碼相機(jī)、伸縮式三腳架、被拍照的植物、白色背景板和已知長度的標(biāo)定物組成，具體操作按下步驟進(jìn)行：a、首先將要拍攝的植物（3）放置在已固定好的數(shù)碼相機(jī)（1）和白色背景板（4）之間，調(diào)整好數(shù)碼相機(jī)（1）的拍攝高度、距離和角度，進(jìn)行數(shù)碼圖像的拍攝，獲取植物拍攝圖像；b、采用常規(guī)的圖像分析軟件或工具對獲取的圖像進(jìn)行裁剪，然后轉(zhuǎn)化為二值圖；c、基于常規(guī)的分形理論中盒維數(shù)的定義，采用常規(guī)的VC++在Windows平臺下面向?qū)ο蟮木幊谭椒▽崿F(xiàn)植物分形特征參數(shù)的獲取，運(yùn)行編譯的計算程序，得到該圖像的分形維數(shù)和截距；d、根據(jù)實測的分枝長度的分形維數(shù)和截距建立線性回歸分析方程，利用該方程即可得到相同種植物具有不同分形特征的植物分枝的總長度。
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：盛鈺，張吳平，趙成義，
申請(專利權(quán))人：中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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