一种精准量测喀斯特地表裸露岩石占比的方法技术

本发明专利技术公开一种精准量测喀斯特地表裸露岩石占比的方法，包括在预采集的喀斯特地表样方内放置标尺，采集样方内的地表数字图像的图像采集步骤；用图像处理软件将上述得到的数字图像以样方中标尺定标，在像素和实际长度之间建立映射关系的尺寸标定步骤；将上述尺寸标定后的图像进行平滑、除燥、二值化处理的图像预处理步骤；将上述预处理后的二值化图像分割出岩石范围的岩石分割步骤；分别计数岩石分割步骤得到的图像中有效岩石像素和图像像素，根据尺寸映射关系得到图像中的岩石实际面积和样方实际面积，从而可计算得到预采集的测喀斯特地表裸露岩石占比的岩石占比计算步骤。本发明专利技术具有不受地形地貌限制、操作简单、拆装便捷、量测误差较小的特点。

【技术实现步骤摘要】
一种精准量测喀斯特地表裸露岩石占比的方法
本专利技术属于生态研究
，具体涉及一种不受地形地貌限制、操作简单、拆装便捷、量测误差较小的精准量测喀斯特地表裸露岩石占比的方法。
技术介绍
喀斯特地貌是中国，乃至世界范围广泛分布的一种地貌类型，植被消失后的景观被定义为石漠化，是我国与黄土、荒漠、冻土并列的中国西部四大生态环境脆弱带。地表裸露岩石占比是判断喀斯特地貌是否石漠化的重要指标。现有技术中，针对诸如量测喀斯特地表裸露岩石占比一般采用网格法、遥感技术等方法。网格法适合于微域尺度的量测，但需要人工复杂布置和测量，而且易受地形地貌的限制，不仅量测过程繁复，且易受人为因素影响，量测精度相对较低。遥感技术虽然量测速度快，适合于区域尺度的量测，但由于影像质量易受到大气气溶胶和卫星轨道偏差等客观因素的影响，精度上很难准确判读微尺度上的露石占比，需要通过目视判读校准遥感影像，实现区域尺度的石漠化动态监测，而且在森林植被覆盖等高密度区域，林下裸岩由于无法被准确探测，量测范围也受到一定的制约。因此，精准量测微域尺度的喀斯特地表露石占比，是实现石漠化监测，特别是判定喀斯特林内露石占比的最重要技术关口。精准量测露石占比，也将为石漠化治理工程设计，喀斯特森林生态系统的研究与保护提供最基本的技术参数。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的问题及不足，提供了一种不受地形地貌限制、操作简单、拆装便捷、量测误差较小的精准量测喀斯特地表裸露岩石占比的方法。本专利技术是这样实现的：包括图像采集、尺寸标定、图像预处理、岩石分割、岩石占比计算步骤，具体包括：A、图像采集：在预采集的喀斯特地表样方内放置标尺，采集前述样方内的地表数字图像；B、尺寸标定：用图像处理软件将A步骤得到的数字图像以样方中的标尺定标，在像素和实际长度之间建立映射关系；C、图像预处理：将B步骤得到的图像进行平滑、除燥、二值化处理；D、岩石分割：将C步骤预处理后的二值化图像分割出岩石范围；E、岩石占比计算：分别计数D步骤的图像中有效岩石像素和图像像素，根据B步骤的映射关系得到图像中的岩石实际面积和样方实际面积，从而可计算得到预采集的测喀斯特地表裸露岩石占比。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1、本专利技术将数字图像处理技术应用于喀斯特地表裸露岩石占比分析，取代传统网格法的人工测量和遥感影像技术，相比网格法不仅不易受地形地貌的限制，能充分适应喀斯特山区地貌地势特征，而且量测过程简单，人为影像因素较小，还节省了人力成本，从而提高了量测工作效率和量测的精度；而相比遥感影像技术，不仅不易受环境等客观因素影响，而且还能实现微尺度上的露石占比的精确量测，更能准确量测诸如林下裸岩等遮挡类型。2、本专利技术通过在样方中设置标尺，使得在数字图像处理时使图像像素与实际长度之间建立准确的映射关系，从而可以灵活的布置图像采集设备的高度以适应不同样方大小，避免传统图样采集过程需要限制样方大小以保证对应的图像尺寸比例关系，从而可以扩大本专利技术的适应性。3、本专利技术通过在图像采集设备上及其支架上设置水平仪，通过依照水平仪来调整图像采集设备及支架，能够快速而准确的保证图像采集设备的镜头光轴垂直于样方对角线的中心，提高了图像采集设备拆装的便捷性和图像采集效率，也保证了所采集图像具有最小的变形，从而保证了图像的像素计数的准确性，使得量测结果更加精确。因此，本专利技术具有不受地形地貌限制、操作简单、拆装便捷、量测误差较小的特点。附图说明图1为本专利技术之图像采集示意图；图2为本专利技术之流程示意图；图3为实施例之灰度图像；图4为图3之二值化图像；图5为图3之岩石分割图；图中：1-三脚架，2-竖杆，3-横臂，4-照相机。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明，但不以任何方式对本专利技术加以限制，基于本专利技术教导所作的任何变更或改进，均属于本专利技术的保护范围。如图1至5所示，本专利技术包括图像采集、尺寸标定、图像预处理、岩石分割、岩石占比计算步骤，具体包括：A、图像采集：在预采集的喀斯特地表样方内放置标尺，采集前述样方内的地表数字图像；B、尺寸标定：用图像处理软件将A步骤得到的数字图像以样方中的标尺定标，在像素和实际长度之间建立映射关系；C、图像预处理：将B步骤得到的图像进行平滑、除燥、二值化处理；D、岩石分割：将C步骤预处理后的二值化图像分割出岩石范围；E、岩石占比计算：分别计数D步骤的图像中有效岩石像素和图像像素，根据B步骤的映射关系得到图像中的岩石实际面积和样方实际面积，从而可计算得到预采集的测喀斯特地表裸露岩石占比。所述A步骤包括：A10、调整图像采集设备的支架，使图像采集设备的镜头光轴垂直于样方对角线的中心；A20、在预采集的喀斯特地表样方对角线的中心内放置标尺，然后对样方进行拍照。所述A10步骤包括：A11、按图像采集设备的支架之底座上设置的水平仪进行调整，使支架之竖杆与样方的地面呈90度；A12、按图像采集设备的支架之横臂上设置的水平仪进行调整，使横臂与A11步骤的竖杆呈90度；A13、将图像采集设备设置于A12的横臂，按图像采集设备上设置的水平仪调整横臂长度及图像采集设备，使图像采集设备的镜头光轴垂直于样方对角线的中心。所述图像采集设备的支架上固定设置有照明光源。所述B步骤中的图像处理软件为ImageJ软件。所述图像采集设备的镜头距离样方对角线的中心1.5m。所述C步骤中的二值化处理是将预处理的RGB图像拆分为三个8位图像，选择green分量的灰度图，调整阈值使图像中红色的区域变成黑色，其他区域变成白色，最终得到图像的黑白二元图。所述C步骤中对B步骤得到的图像先采用中值滤波算法进行平滑处理，然后对黑白二元图进行除噪和二值化处理并填充空洞。所述中值滤波算法为3×3中值滤波器算法，所述除噪处理采用最小值滤波器算法。所述D步骤中是将黑白二元图利用直方图法调整轮廓阈值，分割出岩石轮廓范围后与彩色图像叠加，然后使用魔法棒或手动勾画对轮廓范围按彩色图像进行纠正。所述E步骤中统计岩石轮廓内的像素作为有效岩石像素，以及统计C步骤中平滑处理后彩色图像的像素作为图像像素。实施例：如图1至5所示，量测喀斯特地表裸露岩石占比过程如下：1、图像采集：1.1、设备调整：1.1.1调整支架之三脚架1以适应带有坡度和坑洼的地面，使其固定平稳，并按着水平仪进行调整保证竖杆2与地面呈90度；1.1.2、调整支架之横臂3，让横臂3与支架上的竖杆2呈90度，调整横臂3水平仪，让横臂3与拍摄地面保持平行；1.1.3、相机4上安装水平仪，将相机4安装于横臂3的顶端，根据水平仪调整相机4，使相机4的镜头光轴与地面垂直，并与竖杆2平行，调整横臂3的长度，让相机4的镜头光轴垂直于样方对角线的中心位置，调整竖杆2的长度使相机4的镜头距离样方中心位置1.5m处固定好。1.2、设置标尺并拍照：1.2.1、在约1×1m样方的对角线中心内放置标尺；1.2.3、在手机下载WMU软件，用手机与相机4连接，通过手机中的WMU软件查看相机4镜头内的拍摄画面，并根据画面调整固定好相机焦距和位置，对1*1m样方进行拍照，获得数字图像。2、尺寸标定：用ImageJ软件（ImageJ是一个开放的Java图像处理程序）中的直线工具，将上述数字图像以样方中的标尺定标，在数字图像的像素和实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种精准量测喀斯特地表裸露岩石占比的方法，其特征在于包括图像采集、尺寸标定、图像预处理、岩石分割、岩石占比计算步骤，具体包括：A、图像采集：在预采集的喀斯特地表样方内放置标尺，采集前述样方内的地表数字图像；B、尺寸标定：用图像处理软件将A步骤得到的数字图像以样方中的标尺定标，在像素和实际长度之间建立映射关系；C、图像预处理：将B步骤得到的图像进行平滑、除燥、二值化处理；D、岩石分割：将C步骤预处理后的二值化图像分割出岩石范围；E、岩石占比计算：分别计数D步骤的图像中有效岩石像素和图像像素，根据B步骤的映射关系得到图像中的岩石实际面积和样方实际面积，从而可计算得到预采集的测喀斯特地表裸露岩石占比。

【技术特征摘要】
1.一种精准量测喀斯特地表裸露岩石占比的方法，其特征在于包括图像采集、尺寸标定、图像预处理、岩石分割、岩石占比计算步骤，具体包括：A、图像采集：在预采集的喀斯特地表样方内放置标尺，采集前述样方内的地表数字图像；B、尺寸标定：用图像处理软件将A步骤得到的数字图像以样方中的标尺定标，在像素和实际长度之间建立映射关系；C、图像预处理：将B步骤得到的图像进行平滑、除燥、二值化处理；D、岩石分割：将C步骤预处理后的二值化图像分割出岩石范围；E、岩石占比计算：分别计数D步骤的图像中有效岩石像素和图像像素，根据B步骤的映射关系得到图像中的岩石实际面积和样方实际面积，从而可计算得到预采集的测喀斯特地表裸露岩石占比。2.根据权利要求1所述精准量测喀斯特地表裸露岩石占比的方法，其特征在于所述A步骤包括：A10、调整图像采集设备的支架，使图像采集设备的镜头光轴垂直于样方对角线的中心；A20、在预采集的喀斯特地表样方对角线的中心内放置标尺，然后对样方进行拍照。3.根据权利要求2所述精准量测喀斯特地表裸露岩石占比的方法，其特征在于所述A10步骤包括：A11、按图像采集设备的支架之底座上设置的水平仪进行调整，使支架之竖杆与样方的地面呈90度；A12、按图像采集设备的支架之横臂上设置的水平仪进行调整，使横臂与A11步骤的竖杆呈90度；A13、将图像采集设备设置于A12的横臂，按图像采集设备...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘娟，沈有信，
申请(专利权)人：中国科学院西双版纳热带植物园，
类型：发明
国别省市：云南,53