CN102954787B - 一种植被覆盖度动态获取装置 - Google Patents

Abstract

一种植被覆盖度动态获取装置，它由摄像头、摄像头云台、摄像头固定件、动力舱、支架（含支架底座和支架测量杆）、笔记本电脑、动力舱连接线、摄像头连接线和动力舱固定件组成；摄像头置于摄像头云台上并通过摄像头固定件固定，支架测量杆的下端与支架底座相连，其上端与动力舱固定件相连，动力舱置于动力舱固定件上方，它通过动力舱连接线与摄像头相连，笔记本电脑通过摄像头连接线与摄像头连接；本发明构思科学，结构简单，携带方便，并与配套软件高效衔接。它采用摄像头代替不易操控的数码相机，并通过程序实现了与配套软件的高效衔接，从而提高了装置的便携性和普适性，实现了野外作业时样方照片的批量采集和植被覆盖度信息的动态实时获取。

Description

一种植被覆盖度动态获取装置

技术领域

本发明是地理学及水土保持监测研究中使用的一种植被覆盖度动态获取装置，它被用于野外对样方地表覆盖进行拍照，结合植被覆盖度动态获取系统（VC-DAS）实时、动态、批量获取植被覆盖度信息，属于自然地理系统技术领域。

背景技术

作为表征植被覆盖状况的重要指标，植被覆盖度是降雨-径流、土壤侵蚀及非点源污染等模拟模型中的一个基本输入变量，也是生态、水保、水利、林业等多个领域需要获取的基础数据。

植被覆盖度的估算通常采用简单目测估算法、仪器测量计算法和遥感解译分析法等。其中应用于小尺度植被覆盖测量的方法主要有目估法和照相法。前者依靠个人经验开展田间判读，主观性较强；后者利用相机对样方垂直成像，然后应用计算机图像处理技术和相关算法提取植被覆盖度信息，较目估法规范且准确性有所保障。所以，照相法已成为目前小尺度范围植被测量的首选方法。

目前已有的照相法有多种实施方案，如“钓鱼法”等，所采用的相片获取媒介基本都是数码照相机，工作方式为拍摄样方相片，存贮在相机存储卡，然后回室内处理照片，用软件计算植被覆盖度信息。北京师范大学一直致力于这方面的研究和改进，章文波;刘慧平;刘宝元;路炳军;高晓飞等发明了“便携型植被覆盖度摄影测量仪”，并取得了专利（专利号200820114817），章文波和卢炳军开发了植被覆盖度自动计算系统（简称PCOVER），申请了软件著作权（登记号：2008SR12421）；杨胜天，宋凯宇，何亚琼、李貌申请了“钓鱼法”平台——三线钓鱼法专利（专利号ZL200820080171.X）。但是该方法对照片质量有较高要求，曝光过度会影响计算精度，并因相机和植被高度关系存在几何校正问题；加上支架等辅助设备，成本高，便携性不强，并且与植被覆盖度计算软件相互独立，植被覆盖度信息批量采集能力不足，给野外作业人员带来很多不便。

针对图片获取质量难以控制和软硬件分离等状况，北京师范大学地理学与遥感科学学院生态水文研究组在长年科学研究和教学应用的基础上，充分考虑设备装置的便携性和信息采集的批量快速获取等需求，自主研发了植被覆盖度动态获取系统及相关便携式装置，为生态水文科学研究及相关领域野外作业人员快速、批量获取植被覆盖度信息提供技术支持。

发明内容

本发明的目的是提供适用于野外大批量样方照片采集的一种植被覆盖度动态获取装置，它有别于同类其他装置采用的数码相机方案，本发明采用摄像头方案，克服了采用数码相机拍照存在的实时调节焦距和曝光不便，无法实时看到样方信息，照片质量难以控制的问题，通过对摄像头的遥控控制，实现对曝光和焦距的调节，并可与笔记本电脑连接，实时看到样方信息，保证拍摄的照片质量，有利于保证植被覆盖度信息提取的精度。与植被覆盖度动态获取系统（VC-DAS）（软件著作权登记号2012SR031945）配合工作，可实现野外作业时大批量样方照片采集和植被覆盖度信息实时动态获取，提高了野外工作效率和装置的普适性。

本发明采用摄像头方案，配备动力舱，结合便携式支架等，以保证野外工作的可持续性。

本发明的技术方案是：一种植被覆盖度动态获取装置，它由摄像头、摄像头云台、摄像头固定件、动力舱、支架（含支架底座和支架测量杆）、笔记本电脑、动力舱连接线、摄像头连接线和动力舱固定件组成（图1）。它们之间的位置连接关系是：摄像头置于摄像头云台上并通过摄像头固定件固定，支架测量杆的下端与支架底座相连，其上端与动力舱固定件相连，动力舱置于动力舱固定件上方，它通过动力舱连接线与摄像头相连，笔记本电脑通过摄像头连接线与摄像头连接。

所述摄像头是定制的摄像头，其成本较低，它通过室内和室外等工作模式及背景光的遥控调节很大程度上克服了因曝光太强造成的叶片因反光绿色失真的技术难点，提高了照片质量，有利于提高植被覆盖度信息的提取精度；并且通过摄像头云台旋转，可控制摄像头在水平方向360°和垂直方向240°旋转，实现摄像头对样方的快速捕捉，这既保证了摄像头不受支架倾斜角度影响实现垂直对地拍摄，又为向上拍摄以获取郁闭度信息提供了可能；摄像头通过摄像头连接线和笔记本电脑连接，通过程序可实现对样方信息的实时观测，便于及时调节摄像头相关参数，获取较高质量的样方照片。

所述摄像头云台是用来固定和控制摄像头的装置，其形状为圆形托盘上安装柱状镂空部件，将摄像头固定于镂空部分，通过内置连接线连接摄像头，可控制摄像头实现水平方向360°和垂直方向240°旋转，通电后自动激活恢复通电前动作，内置多协议解码器。为定制产品。

所述摄像头固定件是定做的方形配件，用来将摄像头云台和支架测量杆连接固定，中间10mm旋丝孔将固定件固定在测量杆上，两边的5mm旋丝小孔将摄像头云台固定在固定件上。

所述动力舱是能源供应设备，野外工作时为摄像头提供动力，也可为笔记本电脑供电，保证了设备野外工作的可能性和持续性（图1中组件3）。本发明采用黑色方形的爱国者动力舱移动电源。

所述支架，采用标准的测量用支架，质轻坚固，由支架测量杆和支架底座组成，支架测量杆可通过伸缩调节摄像头拍摄高度，支架底座用于固定支架测量杆。通过固定用配件将摄像头和动力舱固定在该支架上（图1中组件5和6）。

所述笔记本电脑用于运行植被覆盖度计算软件，并连接摄像头，完成相关操作（图1中组件4），规格和型号不限。

所述动力舱连接线用于连接动力舱和摄像头，通过转接头和摄像头连接，动力舱LED5灯点亮，表示连接成功。

所述摄像头连接线用于摄像头和笔记本电脑之间的连接，为摄像头云台自带连接线。

所述动力舱固定件是定做配件，它是三面封闭一面开放型方盒，将动力舱通过开放缺口放入盒中，以螺丝顶紧形式将动力舱固定，另附带圆形箍，将支架测量杆穿过，以螺丝顶紧形式将固定件固定在支架上，总体达到将动力舱固定在支架上的功能。

其中，该摄像头云台的外形尺寸是为124.0mm×120.5mm×144.8mm。

其中，该摄像头固定件的外形尺寸是60mm×60mm。

其中，该动力舱移动电源的型号为N2688，外形尺寸是189mm×114mm×23.5mm。

其中，该动力舱固定件的外形尺寸是200mm×150mm×30mm。

本发明的工作原理和技术特点是应用摄像头方便调节曝光和焦距及可与电脑连接实时观察样方拍摄质量等优点，编程实现程序对摄像头拍摄的控制，将照片自动导入程序（VC-DAS）进行数据处理，快速计算植被覆盖度。

本发明的优点及功效是构思科学，结构简单，携带方便，并与配套软件高效衔接。它创新性的采用摄像头代替价位较高且不易操控的数码相机，并通过程序实现了与配套软件的高效衔接，从而提高了装置的便携性、可控制性和普适性，实现了野外作业时样方照片的批量采集和植被覆盖度信息的动态实时获取。

附图说明

图1为本发明一种植被覆盖度动态获取装置示意图

图中符号说明如下

1摄像头，2摄像头云台，3动力舱，4笔记本电脑，5支架测量杆，6支架底座，7动力舱连接线，8摄像头连接线，9摄像头固定件，10动力舱固定件；

具体实施方式

见图1，本发明一种植被覆盖度动态获取装置，它由摄像头1、摄像头云台2、摄像头固定件9、动力舱3、支架（含支架底座6和支架测量杆5）、笔记本电脑4、动力舱连接线7、摄像头连接线8和动力舱固定件10组成。它们之间的位置连接关系是：摄像头1置于摄像头云台2上并通过摄像头固定件9将摄像头云台2和摄像头1固定在支架测量杆5顶端，支架测量杆5的下端与支架底座6相连，其中部固定上动力舱固定件10，动力舱3置于动力舱固定件10里并固定，它通过动力舱连接线7与摄像头云台2相连，笔记本电脑4通过摄像头连接线8与摄像头1连接。

所述摄像头1是定制的摄像头，其成本较低，它通过室内和室外等工作模式及背景光的遥控调节很大程度上克服了因曝光太强造成的叶片因反光绿色失真的技术难点，提高了照片质量，有利于提高植被覆盖度信息的提取精度；并且通过摄像头云台旋转，可控制摄像头在水平方向360°和垂直方向240°旋转，实现摄像头对样方的快速捕捉，这既保证了摄像头不受支架倾斜角度影响实现垂直对地拍摄，又为向上拍摄以获取郁闭度信息提供了可能；摄像头通过摄像头连接线和笔记本电脑连接，通过程序可实现对样方信息的实时观测，便于及时调节摄像头相关参数，获取较高质量的样方照片。

所述摄像头云台2是用来固定和控制摄像头的装置，其形状为圆形托盘上安装柱状镂空部件，将摄像头固定于镂空部分，通过内置连接线连接摄像头，其规格124.0mm×120.5mm×144.8mm,可控制摄像头实现水平方向360°和垂直方向240°旋转，通电后自动激活恢复通电前动作，内置多协议解码器。为定制产品。

所述摄像头固定件9是定做的方形配件，用来将摄像头云台和支架测量杆连接固定，规格60mm×60mm,中间10mm旋丝孔将固定件固定在测量杆上，两边的5mm旋丝小孔将摄像头云台固定在固定件上。

所述动力舱3是能源供应设备，野外工作时为摄像头提供动力，也可为笔记本电脑供电，保证了设备野外工作的可能性和持续性（图1中组件3）。本发明采用爱国者动力舱移动电源，它是黑色方形，型号N2688，尺寸规格189mm×114mm×23.5mm。

所述支架，采用标准的测量用支架，质轻坚固，由支架测量杆和支架底座组成，支架测量杆可通过伸缩调节摄像头拍摄高度，支架底座用于固定支架测量杆。通过固定用配件将摄像头和动力舱固定在该支架上（图1中组件5和6）。

所述笔记本电脑4用于运行植被覆盖度计算软件，并连接摄像头1，完成相关操作（图1中组件4），规格和型号不限。

所述动力舱连接线7用于连接动力舱3和摄像头1，通过转接头和摄像头1连接，动力舱3LED5灯点亮，表示连接成功。

所述摄像头连接线8用于摄像头1和笔记本电脑4之间的连接，为摄像头云台自带连接线。

所述动力舱固定件10是定做配件，它是方形三面封闭一面开放型方盒，规格200mm×150mm×30mm，将动力舱3通过开放缺口放入盒中，以螺丝顶紧形式将动力舱3固定，另附带圆形箍，将支架测量杆5穿过，以螺丝顶紧形式将固定件固定在支架上，总体达到将动力舱3固定在支架上的功能。

植被覆盖度动态获取装置（VC-DAD）与植被覆盖度动态获取系统软件（VC-DAS）高效衔接，配合工作，可支持野外样方照片拍摄和植被覆盖度信息实时动态提取。首先将摄像头1和动力舱3通过固定用配件分别固定在支架测量杆5顶端和中上部，通过动力舱连接线7和摄像头连接线8连接动力舱3、摄像头1和笔记本电脑4，一人手持支架测量杆5，控制摄像头1拍摄角度和高度，在样方上方准备拍照；另一人手持笔记本电脑4，打开植被覆盖度动态获取系统软件（VC-DAS），通过摄像头1控制工具实时观察样方，通过遥控器调节摄像头1曝光度和焦距等参数，拍摄高质量照片，软件将同步导入所拍摄照片并显示在成像窗口，点击计算按钮，计算所拍摄照片的植被覆盖度信息，结果显示在元数据窗口并以二值图显示在计算窗口，完成了样方拍照和植被覆盖度信息计算过程（更详细的软件操作流程见植被覆盖度动态获取系统软件（VC-DAS）说明）。

Claims (1)

1.一种植被覆盖度动态获取装置，其特征在于：包括摄像头、摄像头云台、摄像头固定件、动力舱、支架、笔记本电脑、动力舱连接线、摄像头连接线和动力舱固定件；它们之间的位置连接关系是：摄像头置于摄像头云台上并通过摄像头固定件将摄像头云台和摄像头固定在支架测量杆顶端，支架测量杆的下端与支架底座相连，所述支架测量杆的中部固定动力舱固定件，动力舱置于动力舱固定件里并固定，它通过动力舱连接线与摄像头云台相连，笔记本电脑通过摄像头连接线与摄像头连接；所述支架包含支架底座和支架测量杆；

所述摄像头是定制的摄像头，通过室内和室外的工作模式及背景光的遥控调节很大程度上克服了因曝光太强造成的叶片因反光绿色失真的技术难点，提高了照片质量，有利于提高植被覆盖度信息的提取精度；并且通过摄像头云台旋转，控制摄像头在水平方向360°和垂直方向240°旋转，实现摄像头对样方的快速捕捉，这既保证了摄像头不受支架倾斜角度影响实现垂直对地拍摄，又能向上拍摄以获取郁闭度信息；摄像头通过摄像头连接线和笔记本电脑连接，通过程序实现对样方信息的实时观测，便于及时调节摄像头相关参数，获取高质量的样方照片；

所述摄像头云台是用来固定和控制摄像头的装置，其形状为圆形托盘上安装柱状镂空部件，将摄像头固定于镂空部件，通过内置连接线连接摄像头，其规格124.0mm×120.5mm×144.8mm,控制摄像头实现水平方向360°和垂直方向240°旋转，通电后自动激活恢复通电前动作，内置多协议解码器；

所述摄像头固定件是定做的方形配件，用来将摄像头云台和支架测量杆连接固定，规格60mm×60mm,中间10mm旋丝孔将固定件固定在测量杆上，两边的5mm旋丝小孔将摄像头云台固定在固定件上；

所述动力舱是能源供应设备，野外工作时为摄像头提供动力，或者为笔记本电脑供电，保证了设备野外工作的可能性和持续性；采用爱国者动力舱移动电源，它是黑色方形，型号N2688，尺寸规格189mm×114mm×23.5mm；

所述支架，采用标准的测量用支架，质轻坚固，由支架测量杆和支架底座组成，支架测量杆通过伸缩调节摄像头拍摄高度，支架底座用于固定支架测量杆；通过固定用配件将摄像头和动力舱固定在该支架上；

所述笔记本电脑用于运行植被覆盖度计算软件，并连接摄像头，完成相关操作；

所述动力舱连接线用于连接动力舱和摄像头，通过转接头和摄像头连接，动力舱LED灯点亮，表示连接成功；

所述摄像头连接线用于摄像头和笔记本电脑之间的连接，为摄像头云台自带连接线；

所述动力舱固定件是定做配件，它是方形三面封闭一面开放型方盒，规格200mm×150mm×30mm，将动力舱通过开放缺口放入盒中，以螺丝顶紧形式将动力舱固定，另附带圆形箍，将支架测量杆穿过，以螺丝顶紧形式将固定件固定在支架上，达到将动力舱固定在支架上的功能。