【摘要】：葉面積指數(shù)(Leaf Area Index,LAI)是森林冠層的重要結(jié)構(gòu)參數(shù),與森林生態(tài)系統(tǒng)中的許多生物和物理過(guò)程有關(guān)。在LAI測(cè)量方法中,半球攝影法(Digital Hemispherical Photography,DHP)以其簡(jiǎn)單、快速、通用性強(qiáng)、非破壞性,成為使用最廣泛的方法之一。但是這種方法仍存在一些技術(shù)難題,其中一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)便是對(duì)森林冠層圖像的分割。由于圖像分割是DHP中進(jìn)行圖像分析的第一步,因此分割的準(zhǔn)確性將嚴(yán)重影響后續(xù)數(shù)據(jù)處理以及LAI的計(jì)算結(jié)果。鑒于此,本論文對(duì)森林冠層半球圖像的分割方法進(jìn)行了相關(guān)研究,主要研究?jī)?nèi)容如下:針對(duì)林冠半球圖像中非成像像素對(duì)分割的影響,本文提出一種基于圓形霍夫變換(Circular Hough Transform,CHT)的有效成像區(qū)域提取算法。首先使用最小誤差法來(lái)分割林冠圖像,然后運(yùn)用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法獲得邊界點(diǎn),最后利用CHT處理邊界點(diǎn)得到成像區(qū)域的圓形參數(shù),進(jìn)而提取出林冠半球圖像的有效成像區(qū)域。該方法使得后續(xù)處理不必再考慮非成像像素,利于進(jìn)行圖像分割。針對(duì)森林冠層半球圖像的復(fù)雜性,引入馬爾科夫隨機(jī)場(chǎng)(Markov Random Field,MRF)圖像分割方法對(duì)其進(jìn)行分割。將該方法與傳統(tǒng)算法(Otsu算法、三維Otsu算法、最大熵法、K均值聚類算法、模糊C均值聚類算法)進(jìn)行了圖像分割對(duì)比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明,該方法分割效果良好。為進(jìn)一步提高M(jìn)RF圖像分割方法在應(yīng)用于林冠半球圖像時(shí)的分割精度,提出一種改進(jìn)的MRF林冠半球圖像分割方法。首先構(gòu)造了與真實(shí)分布近似的概率分布模型,將其應(yīng)用于觀測(cè)場(chǎng),使觀測(cè)場(chǎng)模型符合圖像真實(shí)信息,進(jìn)而得到更有效的分割結(jié)果。然后通過(guò)提出的全局優(yōu)化算法,來(lái)獲得更加優(yōu)化的分割結(jié)果。最后使用去反光后處理算法來(lái)識(shí)別反光像素,并對(duì)其矯正,從而抑制了反光現(xiàn)象對(duì)圖像分割的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,以上改進(jìn)均提高了算法的分割精度。以本文提出的圖像分割方法為核心,搭建了森林冠層圖像采集與處理系統(tǒng),并完成了對(duì)分割方法的具體實(shí)現(xiàn)。通過(guò)180°的魚眼攝像頭來(lái)采集林冠圖像,并使用安裝了OpenCV庫(kù)的樹莓派開發(fā)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的分割,采用7寸觸摸屏來(lái)進(jìn)行人機(jī)交互操作及顯示處理結(jié)果。該系統(tǒng)具有低成本、體積小易移動(dòng)、高集成度、操作方便等優(yōu)點(diǎn),有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【圖文】：

半球圖像可以涵蓋０？９０°全方位的天頂角，包含十分豐富的林冠信息。但是，魚眼鏡頭逡逑為獲得大范圍視角而被設(shè)計(jì)成特殊的投影關(guān)系，導(dǎo)致成像區(qū)域變?yōu)閳A形。魚眼圖像成像逡逑模型如圖２－１所示，魚眼鏡頭可以簡(jiǎn)化看作一個(gè)半球體，０？９０°的光線都會(huì)投影到一個(gè)逡逑圓上。其中，，９０°光線投影到邊緣上，小于９０°的光線投影到圓內(nèi)，由此形成一個(gè)圓形逡逑的成像區(qū)域。逡逑魚眼鏡頭邋Ｊ逡逑——＾＾４５。光線逡逑９0°光線邐１＾）逡逑成像卜：域逡逑圖２－１魚眼圖像成像模型逡逑由于成像區(qū)域是圓形的而底片是矩形的，所以林冠半球圖像中存在著大量的非成像逡逑像素。圖２－２是在森林中采集的半球圖像，其中圓形成像區(qū)域外的黑色像素就是非成像逡逑像素。因?yàn)楸菊撐乃芯康氖橇止诎肭驁D像分割算法，其目標(biāo)是獲得成像區(qū)域屮的夭空逡逑部分和冠層部分，所以需要提取成像區(qū)域以去除非成像像素對(duì)分割算法的影響。逡逑圖２－２森林冠層半球圖像逡逑由于成像區(qū)域足規(guī)則的圓形，Ｗ此提S緯上瘢擻蛑唬唬罰橐竦茫嗽殘偽囈緄牟問(wèn)ǎ桑停卞義閑腛啽旰桶刖叮┘純傘４油跡玻倉(cāng)鋅梢鑰闖觶上袂虻腦殘暮駝?wù)片掉[行牟⒉恢睪�，辶x希峰澹義

本文編號(hào)：2616211