数码照片快速提取森林郁闭度方法研究

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中图分类号：S7 文献标识码：A 文章编号：1007-0745（2013）01-0102-02

摘要：本文采用PhotoShop、ArcGIS等软件对利用鱼眼照片提取森林郁闭度方法进行了研究，通过照片裁切、灰度处理、影像重分类等处理，最后求算出森林郁闭度。研究结果表明，此方法计算结果与通过其他郁闭度软件计算结果精度相比误差在允许范围内，且受人为主观因素影响较小，操作简单、易于推广。

关键词：鱼眼照片 森林郁闭度 重分类

1、引言

郁闭度是指森林中乔木树冠遮蔽地面的程度，是反映林分密度的指标，它是以林地树冠垂直投影面积与林地面积之比来反映森林生长状况的重要因子[1]。

郁闭度的测定方法有传统测定法、遥感图像判读法以及数码照片测定法等。近年来，由于数码相机的快速普及以及其携带方便、操作简单等优势，在森林郁闭度的测定上，利用数码相机获取地表的数码照片进一步成为一种极具潜力的快速测量地表植被覆盖度或森林郁闭度的手段。

本文采用PhotoShop、ArcGIS等软件，利用鱼眼照片对提取郁闭度的方法进行了研究，同时把此方法得出的郁闭度值与CAN_EYE软件处理得到的郁闭度值进行比较分析，验证了该方法具有很好的可行性和准确性。

2、鱼眼照片获取

拍照时，采用自动曝光技术，鱼眼镜头从下往上对冠层和天空垂直拍照，照片记录了天空的可视和遮挡的几何结构信息[2]。照片采集方法是在一个30m×30m的森林样方范围内采用对角线等间距取样的方法，每隔4米采集一个样点照片，共采集20张。

3、研究方法

3.1技术路线

利用鱼眼照片计算森林郁闭度的原理：计算森林郁闭度就是计算照片遮挡天空部分所占的像元数在有效总像元数中的百分比。首先在photoshop软件以照片中心为圆心，10cm为半径，把照片裁切为圆形，获取有效计算面积，将彩色照片转化为灰度模式；其次，利用ArcGIS软件对处理后照片进行二值化分类，并统计出树冠遮挡部分的像元数导出到Excel；然后在Excel中运用数学公式算出郁闭度。

3.2 研究过程

（1）photoshop处理 以照片对角线的相交点为中心统一将照片裁剪成20cm×20cm大小的照片，并以20cm长为直径对照片进行裁剪，然后进行灰度处理，保存为tiff格式。

（2）ArcGIS处理 ①临界值的确定。临界值是区分林冠与天空的像元值。首先在ArcGIS9.3软件中对灰度处理过的照片进行分类，软件自动分成9个类别；然后比对分类之后的分类图与原图，找出照片20cm×20cm范围内除林冠以外的所有像元值与林冠像元值之间的分界值，即临界值。②重分类。对分类后的图片再进行重分类处理。首先，在分类级别中选择分为两类，一类是林冠层的像元个数值，设为0；另一类是将照片20cm×20cm范围内除林冠以外的所有像元个数值，设为1；并将临界值改为确定的值，然后重分类，在属性表中分别统计出0和1的像元个数。

（3）Excel处理过程 通过Excel计算在该样点处的森林郁闭度。其计算公式：

（1）

（2）

（3）

（4）

其中a，b，Sp，Sc为已知数，通过公式（1）、公式（2）得出公式（3），求出每一张照片的郁闭度值，最后通过公式（4）求出样方的郁闭度值。

a：为林冠层的像元个数；

b：为20cm×20cm范围内除被遮挡部分以外的像元个数；

c：圆内总的像元个数；

Sp：照片进行裁剪之后的总面积大小值；

Sc：裁剪圆的总面积大小值；

P：每一张照片的郁闭度值。

4、结果分析与验证

为验证本文研究方法的可行性及可信度，将采用CAN_EYE软件得到的结果作为参照值与本研究方法进行比较。

CAN_EYE软件是一款能够从真彩色鱼眼照片中提取林下冠结构特征的成像软件。

研究区样方中的20张照片通过CAN_EYE软件处理之后得到的郁闭度值。

4.1结果分析与验证

本研究方法可信度与可行性验证主要是通过比较本研究方法所得到的郁闭度值与参考值的误差范围来决定。如表1所示，P1为本文研究方法的郁闭度值，P2为参考郁闭度值，P为P2-P1的差值，P1为P1的平均值，P2为P2的平均值。通过分析可以看出，P1为0.62，P2为0.61，两个值之差为0.01，远远小于郁闭度允许的误差范围值0.1。

表1 30m×30m样方郁闭度表

5、结论与讨论

本研究提出了一种利用鱼眼照片快速提取森林郁闭度的方法，并将此种方法与采用CAN_EYE软件得到的郁闭度值进行比较，得出该研究方法所求出的平均郁闭度值与参考郁闭度值之差是在允许的误差范围之内，因此采用此研究方法对森林郁闭度的快速提取是有效可行的，且受人为主观因素影响较小，操作简单、易于推广。

参考文献：

[1]蔡学成，杨永彰.基于中巴资源卫星数据的森林郁闭度估测研究[J].安徽农业科学，2007，35（34）：10961-10962.

[2]凌飞龙，李增元等.青海云杉林叶面积指数半球摄影测量方法研究[J].地球科学进展，2009，24（7）.

[3]邹杰，诸葛祥东.森林郁闭度及其测定方法[J].黑龙江科技信息，2011（35）：290-290.

[4]相来福，包桂和.浅谈郁闭度指标在森林经营中的应用[J].南北桥，2009.

[5]任杰，柏延臣等.从数码照片中快速提取植被覆盖度的方法研究[J].遥感技术与应用，2010，25（5）：720-724.

[6]胡健波，张璐等.基于数码照片的草地植被覆盖度快速提取方法[J]，草业科学.2011，28（09）：1661-1665.