[发明专利]智能林分郁闭度电子测量仪

说明书

技术领域

本实发明专利实现了林分郁闭度的智能自动测量。现郁闭度测试方法主要用目测与估测统计方法。而仪器化主要由突面镜成像栅格法，具有成像不稳定，客观性差的不足。本发明使用自动电子成像与取样计算技术，可以对林分郁闭度可重复的客观测量，并保证误差小于５%，是目前林业迫切需要仪器，用于对地面材积量、森林覆盖率进行测量与计算。

背景技术

郁闭度就是指林冠覆盖面积与地表面积的比例,它是反映林分密度的指标。是以林地树冠垂直投影面积与林地面积之比，以十分数表示，完全覆盖地面为1。根据联合国粮农组织规定，0.20（含0.20）以上的郁闭林: 一般以0.20-0.69为中度郁闭、0.70以上为密郁闭、0.20（不含0.20）以下为疏林。

森林覆盖率指一个国家或地区森林面积占土地面积的百分比。在计算森林覆盖率时，森林面积包括郁闭度0．2以上的乔木林地面积和竹林地面积，国家特别规定的灌木林地面积、农田林网以及四旁（村旁、路旁、水旁、宅旁）林木的覆盖面积。森林覆盖率是反映森林资源的丰富程度和生态平衡状况的重要指标。计算公式为：森林覆盖率（%）=森林面积／土地总面积χ100％ 。

森林面积指由乔木树种构成，郁闭度0.2以上（含0.2）的林地或冠幅宽度10米以上的林带的面积，即有林地面积。《森林法实施细则》规定有林地包括防护林林地、用材林林地、经济林林地、薪炭林林地、特种用途林林地。

上述测量方法，使用了遥感、卫星以及相近的测绘技术完成，测量过程冗长，测量成本巨大，测量准确性不高，不适合区域小林地与快速测量。传统的光学与统计方法测量计算方式的林分郁闭度测量技术，测量过程不可控制与测量误差大。

发明内容

大视角光学系统微型化与ＣＣＤ光学传感器的集成化，使得大范围（广角）取像可以实现。计算机系统的图像计算技术对于图像的内容计算，也在近年形成了较为明显的进步，可以对1000万级像素的图像计算，在使用DSP技术时达到ms级遍历计算。本发明采用大范围视角声像技术与高性能计算技术，形成对林冠图像的获取计算。林分郁闭度是建立在描述林冠图像与天空识别技术的计算基础上，通过对比天空与林冠面积计算形成。

智能林分郁闭度电子测试仪

利用地面1米到2米高度可观察天空的面积比例，衡量林冠图像的遮盖程度，以可识别天空面积率计算林分郁闭度。产品采用向上（天空）180度视角的光学图像取样镜头（水平放置），与每幅图像生成一个亮度不同的计算点阵，通过计算遮盖处亮度低像素进行周期性计算，如图１。

若形成的图像，高亮度点数量为X，低亮度点数量为Y，计算点总数为Z，且Z=X+Y,则（地）点郁闭度γ定义为：γ=a*（Y/Z）

其中a为光学环境系数，如白天a=1，夜晚a=1-0.8之间等。a与光学系统的亮点定义阈值相关。采用RGB定义与单色定义时，取值由预先定义表决定。计算由数字电路与SOC系统完成，并输出。

林地郁闭度 γ’利用连续点测量形成线路（林地）测量均值方式完成，具有n个点郁闭度记录形成林地郁闭度公式为公式一，详见附图11。

林地郁闭度的测量技术

如图2为智能林地郁闭度测试仪原理图，产品手持并处于镜头取样向上（由于手持不能准确的保持水平，采用⑤电路来保持水平采样），取样图像以圆形区域形成测量对象，CMOS或CCD①形成图像的点阵列像素，并形成可控制阈值的像素级数据输出；像素由图像处理器形成帧图像文件缓存在FIFO区，形成图像数据。同时我们在采集图像数据时，由于光照的影响会对我们的采集数据产生影响，我们可以通过 模块对采集时的光照进行采样，光照不适合给予警告，并通过校正函数进行校正。这一套系统还可以通过模块的GPS定位系统自动完成数据的定位与储存。采集的图像数据在片上系统SOC①中形成计算，相应计算形成γ值。并输出到显示器或进行存储管理，还可以通过与外部进行数据的交换。

光学成像测量模块

其中光学系统由150度广角镜头和OV7725感光模块组成形成覆盖水平面以上的光学影像。图3采用的是OV系列7725感光模块,将光学影像投影到光学传感器CMOS上,通过SCCB接口控制曝光时间、饱和度、色调等,获得我们需要的光学像素阵列数据。图4为三个水银开关形成水平控制电路，用于保证所获取的图像是在水平状态采集。如图5输出的光学像素的阵列数据是通过图4电路控制，使光学阵列模块水平向上时采集数据的数据通过FIFO进行缓存输出，如果光学阵列不是水平向上，则采集的数据丢弃。