CN106404777A - 基于数码照片图像纠正的树木年轮宽度测定方法 - Google Patents

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李永宁
董龙生
赵中凯
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G—PHYSICS
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    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N2021/8466—Investigation of vegetal material, e.g. leaves, plants, fruits

Abstract

本发明公开了基于数码照片图像纠正的树木年轮宽度测定方法，包括：圆盘加工处理、参照网格制作、均匀布设控制点、数码照片拍摄、图像纠正与坐标系建立、年轮序列建立和坐标提取与年轮宽度测量。本发明结合电子信息技术，在数码相机、电脑和相关软件的配合下，解决了年轮分析仪设备昂贵、不能对大圆盘一次扫描、不能进行野外作业的问题，同时具有较好年轮辨识能力，测定精度准确可靠。

Description

基于数码照片图像纠正的树木年轮宽度测定方法
技术领域
本发明涉及树木年轮计算的技术领域，特别是基于数码照片图像纠正的树木年轮宽度测定方法。
背景技术
现有的树木年轮宽度的测定方法可以分为“直尺直接测定”和“年轮分析仪测定”两种方法。直尺直接测定方法，是通过直尺测定树木年轮至髓心的半径，再通过计算半径之差得到年轮宽度，该方法方便快捷，但测定的精度不高。年轮分析仪测定方法，是将打磨光滑的树木年轮样本进行扫描，再通过年轮分析仪软件进行分析，测定速度快、结果准确，但准备与测定工作比较复杂，相关的设备与软件较为昂贵。
一种利用普通相机测算树木年龄和年轮宽度的方法(申请号：201210138694.6)，是在伐倒的树木根颈位置，以髓心为圆心放置特制的透明十字尺，拍摄照片后，以十字尺的尺心作为坐标原点，通过照片本身的坐标与十字尺的刻度建立坐标关系。存在以下不足，一是拍摄的照片会发生变形，特别是离中心较远的位置，会使年轮也发生变形，从而影响年轮的测定精度；二是此方法本质上是通过尺子刻度来测定年轮，应用具有一定局限。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供基于数码照片图像纠正的树木年轮宽度测定方法，该方法结合电子信息技术，在数码相机、电脑和相关软件的配合下，简化了年轮分析仪的测定程序，解决了年轮分析仪设备昂贵，不能进行野外作业，不能对大圆盘一次扫描的问题，测定精度准确可靠。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于数码照片图像纠正的树木年轮宽度测定方法，包括以下步骤：
圆盘加工处理：将获取的树木圆盘标记出工作面与南北方向，并放于阴凉处荫干，将树木圆盘工作面用刨子刨平，再用砂光机进行初步磨平，然后用从粗到细的砂纸进行打磨抛光，直到树木圆盘的表面光滑和年轮清晰；
参照网格制作：在软件中绘制等间距的参照网格，对参照网格的网格间距进行测量并在绘图仪管理器中进行打印机校准，使得参照网格布满整张透明胶片，并将该参照网格在透明胶片上进行打印，得到间距准确的网格胶片；
均匀布设控制点：将打印有参照网格的透明胶片平铺在树木圆盘上，并通过钢针在树木圆盘上按网格间距的倍数等间距均匀刺点，刺取的点称为控制点，用明显区别于圆盘表面的颜色标记；
数码照片拍摄：将布设好控制点的树木圆盘水平放置于光线明亮处，并于树木圆盘正上方进行拍照，拍摄的照片上传到电脑中；
图像纠正与坐标系建立：将在软件中绘制的参照网格建立相对坐标系，并将参照网格导入图像纠正软件中，打开树木圆盘照片并根据在均匀布设控制点步骤中标记出的控制点进行图像纠正，使得照片中控制点与参照网格点相对齐；
年轮序列建立：通过树木圆盘髓心绘制通过南北方向的方向线，并由树木圆盘髓心开始确定年轮序列的方向与数量；
坐标提取与年轮宽度测量：设置年轮与方向线的交叉点，方向线上的年轮个数即为树木圆盘的年轮数，相邻两个交叉点的距离为年轮宽度。
优选的，在圆盘加工处理步骤中，对于野外锯取的树木圆盘，如圆盘表面年轮清晰或经刨光后年轮清晰，则可直接应用。
优选的，在参照网络制作的步骤中，设定参照网格以透明胶片左下角为坐标原点布满整张透明胶片。
优选的，在均匀布设控制点的步骤中，设定控制点的数量大于等于五个，树木圆盘的髓心必须设定一个控制点，控制点均匀分布在树木圆盘上。
优选的，在年轮序列建立步骤中，当进行直径生长量测量时，需要画出南北方向线和东西方向线。
优选的，在图像纠正与坐标系的建立步骤中，设定将照片放大进行编辑。
优选的，在图像纠正与坐标系建立步骤中，设定图像的整体纠正误差要求小于0.5个像素。
本发明的有益效果是：
(1)该方法结合电子信息技术，在数码相机、电脑和相关软件的配合下，简化了年轮分析仪的测定程序，解决了年轮分析仪设备昂贵、不能进行野外作业的问题；
(2)能将树木圆盘进行放大编辑，提高了对年轮的辨识能力，测定精度准确可靠；
(3)误差率低，避免传统采用直尺测量会出现较大误差的弊端。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
实施例1：
基于数码照片图像纠正的树木年轮宽度测定方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、圆盘加工处理：将获取的树木圆盘标记出工作面与南北方向，并放于阴凉干燥处荫干，将树木圆盘工作面用刨子刨平，再用砂光机进行初步磨平，然后用从粗到细的砂纸进行打磨抛光，直到树木圆盘的表面光滑和年轮清晰；
S2、参照网格制作：在软件中绘制等间距的参照网格，对参照网格的网格间距进行测量并在绘图仪管理器中进行打印机校准，使得参照网格布满整张透明胶片，并将该参照网格在透明胶片上进行打印，得到间距准确的网格胶片；
S3、均匀布设控制点：将打印有参照网格的透明胶片平铺在树木圆盘上，并通过钢针在树木圆盘上按网格间距的倍数等间距均匀刺点，刺取的点称为控制点，用明显区别于圆盘表面的颜色标记；
S4、数码照片拍摄：将布设好控制点的树木圆盘水平放置于光线明亮处，并于树木圆盘正上方进行拍照，拍摄的照片上传到电脑中；
S5、图像纠正与坐标系建立：将在软件中绘制的参照网格建立相对坐标系，并将参照网格导入图像纠正软件中，打开树木圆盘照片并根据在均匀布设控制点步骤中标记出的控制点进行图像纠正，使得照片中控制点与参照网格点相对齐；
S6、年轮序列建立：通过树木圆盘髓心绘制通过南北方向的方向线，并由树木圆盘髓心开始确定年轮序列的方向与数量；
S7、坐标提取与年轮宽度测量：设置年轮与方向线的交叉点，方向线上的年轮个数即为树木圆盘的年轮数，相邻两个交叉点的距离为年轮宽度。
实施例2：
取一个已经固定好并打磨光滑的木芯，所述木芯为一个年轮序列，年龄为30a。进行如下对比试验：
①直尺直接测定
用刻度尺的零刻度线与木芯的髓心对齐，以髓心为起点，依次读出每一个年轮处的年轮半径，并逐一记录，直到读出最外层年轮半径为止，并求差计算得到木芯的各个年轮宽度。测定结果见表1。
表1直尺直接测定结果
②年轮分析仪测定
打开WinDENDRO软件，导入要分析的含树木年轮木芯的扫描文件，进行参数设置，按一定的方向进行年轮标记与查数，数据保存为TXT格式的文件，最后得到各年轮的宽度、木芯总长度、年轮数量等。测定结果见表2。
表2年轮分析仪测定结果
③基于图像纠正的年轮宽度测定
按照实施例1中所述的具体步骤与方法进行该木芯的年轮宽度测定。测定结果见表3。
表3基于图像纠正的年轮宽度测定结果
结果比较：
对三种不同方法得出的数据，应用spss17.0软件进行配对样本T检验，由分析结果如表4可知，本发明测定结果与年轮分析仪测定结果相关系数为1.000，结果最为接近，两种方法测定年轮宽度的差值标准差也最小。显著性概率均大于0.1，三种测定方法间均无显著差异。年轮分析仪测定方法比较成熟，测定精度也较高，以年轮分析仪测定的结果为参照，本发明测定的结果比直尺直接测定更为准确。
表4不同年轮宽度测定方法配对样本T检验
通过对比试验可知，直尺直接测定，方便快捷，但人眼的识别能力有限，测量结果只能估读到0.1mm，会出现较大的误差。年轮分析仪测定，通过预先对年轮木芯扫描后输入年轮分析仪进行分析，分析结果准确，但前期准备工作比较复杂。相比于前两种测定方法，本发明结合数码相机、计算机以及相关软件，解决了年轮分析仪设备昂贵、不能进行外业测定的问题；同时，本发明可以应用软件对树木年轮进行放大与编辑，与直尺直接测定方法相比，提高了对年轮的辨识能力，测定结果也更为客观可靠。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.基于数码照片图像纠正的树木年轮宽度测定方法，其特征在于，包括以下步骤：
圆盘加工处理：将获取的树木圆盘标记出工作面与南北方向，并放于阴凉干燥处荫干，将树木圆盘工作面用刨子刨平，再用砂光机进行初步磨平，然后用从粗到细的砂纸进行打磨抛光，直到树木圆盘的表面光滑和年轮清晰；
参照网格制作：在软件中绘制等间距的参照网格，对参照网格的网格间距进行测量并在绘图仪管理器中进行打印机校准，使得参照网格布满整张透明胶片，并将该参照网格在透明胶片上进行打印，得到间距准确的网格胶片；
均匀布设控制点：将打印有参照网格的透明胶片平铺在树木圆盘上，并通过钢针在树木圆盘上按网格间距的倍数等间距均匀刺点，刺取的点称为控制点，用明显区别于圆盘表面的颜色标记；
数码照片拍摄：将布设好控制点的树木圆盘水平放置于光线明亮处，并于树木圆盘正上方进行拍照，拍摄的照片上传到电脑中；
图像纠正与坐标系建立：将在软件中绘制的参照网格建立相对坐标系，并将参照网格导入图像纠正软件中，打开树木圆盘照片并根据在均匀布设控制点步骤中标记出的控制点进行图像纠正，使得照片中控制点与参照网格点相对齐；
年轮序列建立：通过树木圆盘髓心绘制通过南北方向的方向线，并由树木圆盘髓心开始确定年轮序列的方向与数量；
坐标提取与年轮宽度测量：设置年轮与方向线的交叉点，方向线上的年轮个数即为树木圆盘的年轮数，相邻两个交叉点的距离为年轮宽度。
2.根据权利要求1所述基于数码照片图像纠正的树木年轮宽度测定方法，其特征在于，在圆盘加工处理步骤中，对于野外锯取的树木圆盘，如圆盘表面年轮清晰或经刨光后年轮清晰，则可直接应用。
3.根据权利要求1所述基于数码照片图像纠正的树木年轮宽度测定方法，其特征在于，在参照网络制作的步骤中，设定参照网格以透明胶片左下角为坐标原点布满整张透明胶片。
4.根据权利要求1所述基于数码照片图像纠正的树木年轮宽度测定方法，其特征在于，在均匀布设控制点的步骤中，设定控制点的数量大于等于五个，树木圆盘的髓心必须设定一个控制点，控制点均匀分布在树木圆盘上。
5.根据权利要求1所述基于数码照片图像纠正的树木年轮宽度测定方法，其特征在于，在年轮序列建立步骤中，当进行直径生长量测量时，需要画出南北方向线和东西方向线。
6.根据权利要求1所述基于数码照片图像纠正的树木年轮宽度测定方法，其特征在于，在图像纠正与坐标系的建立步骤中，设定将照片放大进行编辑。
7.根据权利要求1所述基于数码照片图像纠正的树木年轮宽度测定方法，其特征在于，在图像纠正与坐标系建立步骤中，设定图像的整体纠正误差要求小于0.5个像素。
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