基于數碼照片圖像糾正的樹木年輪寬度測定方法與流程

本發明涉及樹木年輪計算的技術領域，特別是基于數碼照片圖像糾正的樹木年輪寬度測定方法。

背景技術：

現有的樹木年輪寬度的測定方法可以分為“直尺直接測定”和“年輪分析儀測定”兩種方法。直尺直接測定方法，是通過直尺測定樹木年輪至髓心的半徑，再通過計算半徑之差得到年輪寬度，該方法方便快捷，但測定的精度不高。年輪分析儀測定方法，是將打磨光滑的樹木年輪樣本進行掃描，再通過年輪分析儀軟件進行分析，測定速度快、結果準確，但準備與測定工作比較復雜，相關的設備與軟件較為昂貴。

一種利用普通相機測算樹木年齡和年輪寬度的方法(申請號：201210138694.6)，是在伐倒的樹木根頸位置，以髓心為圓心放置特制的透明十字尺，拍攝照片后，以十字尺的尺心作為坐標原點，通過照片本身的坐標與十字尺的刻度建立坐標關系。存在以下不足，一是拍攝的照片會發生變形，特別是離中心較遠的位置，會使年輪也發生變形，從而影響年輪的測定精度；二是此方法本質上是通過尺子刻度來測定年輪，應用具有一定局限。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供基于數碼照片圖像糾正的樹木年輪寬度測定方法，該方法結合電子信息技術，在數碼相機、電腦和相關軟件的配合下，簡化了年輪分析儀的測定程序，解決了年輪分析儀設備昂貴，不能進行野外作業，不能對大圓盤一次掃描的問題，測定精度準確可靠。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：基于數碼照片圖像糾正的樹木年輪寬度測定方法，包括以下步驟：

圓盤加工處理：將獲取的樹木圓盤標記出工作面與南北方向，并放于陰涼處蔭干，將樹木圓盤工作面用刨子刨平，再用砂光機進行初步磨平，然后用從粗到細的砂紙進行打磨拋光，直到樹木圓盤的表面光滑和年輪清晰；

參照網格制作：在軟件中繪制等間距的參照網格，對參照網格的網格間距進行測量并在繪圖儀管理器中進行打印機校準，使得參照網格布滿整張透明膠片，并將該參照網格在透明膠片上進行打印，得到間距準確的網格膠片；

均勻布設控制點：將打印有參照網格的透明膠片平鋪在樹木圓盤上，并通過鋼針在樹木圓盤上按網格間距的倍數等間距均勻刺點，刺取的點稱為控制點，用明顯區別于圓盤表面的顏色標記；

數碼照片拍攝：將布設好控制點的樹木圓盤水平放置于光線明亮處，并于樹木圓盤正上方進行拍照，拍攝的照片上傳到電腦中；

圖像糾正與坐標系建立：將在軟件中繪制的參照網格建立相對坐標系，并將參照網格導入圖像糾正軟件中，打開樹木圓盤照片并根據在均勻布設控制點步驟中標記出的控制點進行圖像糾正，使得照片中控制點與參照網格點相對齊；

年輪序列建立：通過樹木圓盤髓心繪制通過南北方向的方向線，并由樹木圓盤髓心開始確定年輪序列的方向與數量；

坐標提取與年輪寬度測量：設置年輪與方向線的交叉點，方向線上的年輪個數即為樹木圓盤的年輪數，相鄰兩個交叉點的距離為年輪寬度。

優選的，在圓盤加工處理步驟中，對于野外鋸取的樹木圓盤，如圓盤表面年輪清晰或經刨光后年輪清晰，則可直接應用。

優選的，在參照網絡制作的步驟中，設定參照網格以透明膠片左下角為坐標原點布滿整張透明膠片。

優選的，在均勻布設控制點的步驟中，設定控制點的數量大于等于五個，樹木圓盤的髓心必須設定一個控制點，控制點均勻分布在樹木圓盤上。

優選的，在年輪序列建立步驟中，當進行直徑生長量測量時，需要畫出南北方向線和東西方向線。

優選的，在圖像糾正與坐標系的建立步驟中，設定將照片放大進行編輯。

優選的，在圖像糾正與坐標系建立步驟中，設定圖像的整體糾正誤差要求小于0.5個像素。

本發明的有益效果是：

(1)該方法結合電子信息技術，在數碼相機、電腦和相關軟件的配合下，簡化了年輪分析儀的測定程序，解決了年輪分析儀設備昂貴、不能進行野外作業的問題；

(2)能將樹木圓盤進行放大編輯，提高了對年輪的辨識能力，測定精度準確可靠；

(3)誤差率低，避免傳統采用直尺測量會出現較大誤差的弊端。

附圖說明

圖1為本發明的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖進一步詳細描述本發明的技術方案，但本發明的保護范圍不局限于以下所述。

實施例1：

基于數碼照片圖像糾正的樹木年輪寬度測定方法，如圖1所示，包括以下步驟：

S1、圓盤加工處理：將獲取的樹木圓盤標記出工作面與南北方向，并放于陰涼干燥處蔭干，將樹木圓盤工作面用刨子刨平，再用砂光機進行初步磨平，然后用從粗到細的砂紙進行打磨拋光，直到樹木圓盤的表面光滑和年輪清晰；

S2、參照網格制作：在軟件中繪制等間距的參照網格，對參照網格的網格間距進行測量并在繪圖儀管理器中進行打印機校準，使得參照網格布滿整張透明膠片，并將該參照網格在透明膠片上進行打印，得到間距準確的網格膠片；

S3、均勻布設控制點：將打印有參照網格的透明膠片平鋪在樹木圓盤上，并通過鋼針在樹木圓盤上按網格間距的倍數等間距均勻刺點，刺取的點稱為控制點，用明顯區別于圓盤表面的顏色標記；

S4、數碼照片拍攝：將布設好控制點的樹木圓盤水平放置于光線明亮處，并于樹木圓盤正上方進行拍照，拍攝的照片上傳到電腦中；

S5、圖像糾正與坐標系建立：將在軟件中繪制的參照網格建立相對坐標系，并將參照網格導入圖像糾正軟件中，打開樹木圓盤照片并根據在均勻布設控制點步驟中標記出的控制點進行圖像糾正，使得照片中控制點與參照網格點相對齊；

S6、年輪序列建立：通過樹木圓盤髓心繪制通過南北方向的方向線，并由樹木圓盤髓心開始確定年輪序列的方向與數量；

S7、坐標提取與年輪寬度測量：設置年輪與方向線的交叉點，方向線上的年輪個數即為樹木圓盤的年輪數，相鄰兩個交叉點的距離為年輪寬度。

實施例2：

取一個已經固定好并打磨光滑的木芯，所述木芯為一個年輪序列，年齡為30a。進行如下對比試驗：

①直尺直接測定

用刻度尺的零刻度線與木芯的髓心對齊，以髓心為起點，依次讀出每一個年輪處的年輪半徑，并逐一記錄，直到讀出最外層年輪半徑為止，并求差計算得到木芯的各個年輪寬度。測定結果見表1。

表1直尺直接測定結果

②年輪分析儀測定

打開WinDENDRO軟件，導入要分析的含樹木年輪木芯的掃描文件，進行參數設置，按一定的方向進行年輪標記與查數，數據保存為TXT格式的文件，最后得到各年輪的寬度、木芯總長度、年輪數量等。測定結果見表2。

表2年輪分析儀測定結果

③基于圖像糾正的年輪寬度測定

按照實施例1中所述的具體步驟與方法進行該木芯的年輪寬度測定。測定結果見表3。

表3基于圖像糾正的年輪寬度測定結果

結果比較：

對三種不同方法得出的數據，應用spss17.0軟件進行配對樣本T檢驗，由分析結果如表4可知，本發明測定結果與年輪分析儀測定結果相關系數為1.000，結果最為接近，兩種方法測定年輪寬度的差值標準差也最小。顯著性概率均大于0.1，三種測定方法間均無顯著差異。年輪分析儀測定方法比較成熟，測定精度也較高，以年輪分析儀測定的結果為參照，本發明測定的結果比直尺直接測定更為準確。

表4不同年輪寬度測定方法配對樣本T檢驗

通過對比試驗可知，直尺直接測定，方便快捷，但人眼的識別能力有限，測量結果只能估讀到0.1mm，會出現較大的誤差。年輪分析儀測定，通過預先對年輪木芯掃描后輸入年輪分析儀進行分析，分析結果準確，但前期準備工作比較復雜。相比于前兩種測定方法，本發明結合數碼相機、計算機以及相關軟件，解決了年輪分析儀設備昂貴、不能進行外業測定的問題；同時，本發明可以應用軟件對樹木年輪進行放大與編輯，與直尺直接測定方法相比，提高了對年輪的辨識能力，測定結果也更為客觀可靠。

以上所述實施例僅表達了本發明的具體實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。