本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)一種便攜式可遙控植被覆蓋度一體化測(cè)量?jī)x，它是由支撐桿、主桿、頂桿、橫桿和攝像頭組成。支撐桿和主桿之間通過(guò)銷(xiāo)軸或螺紋連接，主桿和頂桿通過(guò)銷(xiāo)軸或螺紋連接，橫桿設(shè)置在頂桿的固定圓管內(nèi)，攝像頭固定在橫桿的端部。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)對(duì)儀器材料、外形及結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，提高了儀器的穩(wěn)定性及可控性；通過(guò)對(duì)數(shù)字圖像處理軟件系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，提高了植被覆蓋度數(shù)值獲取的自動(dòng)化程度；通過(guò)對(duì)拍攝范圍的限制、對(duì)垂直視角的調(diào)整以及攝像頭的自動(dòng)對(duì)焦，實(shí)現(xiàn)對(duì)拍攝范圍、邊緣變形的較嚴(yán)格的控制，提高了測(cè)量植被覆蓋度的精度。它在植被覆蓋度測(cè)量領(lǐng)域里具有實(shí)用價(jià)值和廣闊地應(yīng)用前景。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種測(cè)量?jī)x，尤其涉及一種便攜式可遙控植被覆蓋度一體化測(cè)量?jī)x， 屬于光學(xué)計(jì)算設(shè)備
技術(shù)介紹
小尺度的植被覆蓋度測(cè)量的傳統(tǒng)方法主要有兩種目視測(cè)量法和照相法。目視測(cè) 量法依靠個(gè)人經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行田間判讀，人為主觀性強(qiáng)，隨機(jī)性大；照相法是利用相機(jī)得到需測(cè)區(qū) 域的垂直成像，再利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)提取植被信息，計(jì)算植被覆蓋度。目前近景攝影 測(cè)量法在植被覆蓋度測(cè)算中已有一些成功的應(yīng)用和發(fā)展，已有大量學(xué)者在研究工作中論證 了照相法結(jié)合數(shù)字圖像自動(dòng)處理能夠準(zhǔn)確快速地得出植被覆蓋度。北京師范大學(xué)地理學(xué)與 遙感科學(xué)學(xué)院理科基地2004級(jí)的學(xué)生宋凱宇等在2007年對(duì)“釣魚(yú)法”測(cè)量植被覆蓋度的儀 器進(jìn)行了改進(jìn)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程采用“釣魚(yú)法”設(shè)計(jì)支架，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理采用ENVI軟件波段運(yùn)算。 改進(jìn)儀器如圖1所示照相法測(cè)算植被蓋度試驗(yàn)裝置示意圖(資料來(lái)源宋凱宇等，綜合自然 地理野外實(shí)習(xí)報(bào)告，2007)，此方法需要三個(gè)人拉三個(gè)細(xì)繩將相機(jī)達(dá)到平衡，需要人力多，不 穩(wěn)定。后來(lái)，北京師范大學(xué)2005級(jí)的雷星松等同學(xué)又對(duì)這種“釣魚(yú)法”使用的儀器進(jìn)行了 改進(jìn)(見(jiàn)圖2所示)在桿2前端垂一個(gè)豎桿，豎桿下部配一個(gè)剛好合適數(shù)碼相機(jī)固定的云 臺(tái)。這種方法較前一種節(jié)省了人力，但仍然很難使相機(jī)保持平穩(wěn)。這兩種設(shè)計(jì)的支架保證 了相平面水平，但是保持相機(jī)平穩(wěn)的方法比較復(fù)雜，需要的人力物力較多，人為影響大，隨 機(jī)因素多，非常不便于野外操作。不能隨時(shí)觀察拍照物，獲取植被覆蓋度精確度不高。用攝 像頭來(lái)進(jìn)行對(duì)植被進(jìn)行拍照，照相時(shí)間和照相片數(shù)目均可以自由控制，并獲取的植被覆蓋 度照片用本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)程序即可獲得植被覆蓋度，方便而且所需時(shí)間很短，因此照 相法測(cè)量植被覆蓋度方法上的改進(jìn)對(duì)于很多科學(xué)研究采集數(shù)據(jù)的精確性以及相關(guān)的野外 工作都具有重要意義。而本專(zhuān)利技術(shù)在基于照相法的基礎(chǔ)上，通過(guò)攝像頭對(duì)所測(cè)區(qū)域光學(xué)成像， 利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)計(jì)算得到植被覆蓋度，跟目測(cè)法相比科學(xué)性和準(zhǔn)確性明顯有所提 高，計(jì)算簡(jiǎn)單，能夠用于實(shí)踐。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
(1)專(zhuān)利技術(shù)目的針對(duì)上述目前植被覆蓋度測(cè)量類(lèi)儀器及方法中所存在的問(wèn)題及缺陷，本專(zhuān)利技術(shù)的目 的是提供一種便攜式可遙控植被覆蓋度一體化測(cè)量?jī)x，它能解決以下技術(shù)問(wèn)題a)野外測(cè)量?jī)x器便攜性和穩(wěn)定性問(wèn)題儀器的便攜性和穩(wěn)定性是關(guān)系到野外試 驗(yàn)效率和精度的關(guān)鍵問(wèn)題。本專(zhuān)利技術(shù)在總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，自行改進(jìn)儀器材質(zhì)和儀器結(jié) 構(gòu)，設(shè)計(jì)階段盡量保證儀器的便攜性及穩(wěn)定性；通過(guò)多次自身對(duì)照實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定 性；通過(guò)多組互對(duì)照實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)越性和不足，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。b)提高測(cè)量?jī)x器的可控性以俯視的方式獲取植被覆蓋度的照片帶來(lái)的一個(gè)問(wèn) 題是所拍攝的范圍在拍攝時(shí)不能直接控制。本專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)攝像頭與電腦的直接連接，實(shí)現(xiàn)通3過(guò)電腦對(duì)拍攝范圍的實(shí)時(shí)控制，從而提高效率及精度。c)開(kāi)發(fā)數(shù)字圖像處理軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與試驗(yàn)儀器相配套的數(shù)字圖像處理軟件系 統(tǒng)，將進(jìn)一步提高操作的系統(tǒng)性及精度。本專(zhuān)利技術(shù)擬利用“相對(duì)兒”和實(shí)驗(yàn)設(shè)備提供的必要參 數(shù)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出與儀器相適應(yīng)的圖像處理程序軟件，將中心投影通過(guò)程序變換為垂直投影， 從而保證整張相片的有效性，最終達(dá)到自動(dòng)化計(jì)算植被覆蓋度并提高計(jì)算精度的目的。e)提高植被覆蓋度測(cè)量的精度精度是理論分析的基礎(chǔ)，是一切結(jié)論的前提。本 專(zhuān)利技術(shù)利用自動(dòng)聚焦攝像頭實(shí)現(xiàn)對(duì)植被樣方的自動(dòng)聚焦，同時(shí)，通過(guò)地面參照物控制垂直視 角，從而提高植被覆蓋度測(cè)量的精度。(2)技術(shù)方案見(jiàn)圖3，本專(zhuān)利技術(shù)一種便攜式可遙控植被覆蓋度一體化測(cè)量?jī)x，它由支撐桿、主桿、頂 桿、橫桿和攝像頭組成(圖3)。支撐桿和主桿之間通過(guò)銷(xiāo)軸或螺紋連接，主桿和頂桿通過(guò)銷(xiāo) 軸或螺紋連接，橫桿設(shè)置在頂桿的固定圓管內(nèi)，攝像頭固定在橫桿的端部。所述支撐桿(見(jiàn)圖4)、主桿、頂桿以及橫桿都由金屬管材料制成，一般都選用鋁合 金管材料，鋁合金材料滿足了質(zhì)輕、剛性的要求，同時(shí)機(jī)械性能明顯提高，成本較低，容易加 工，可耐強(qiáng)度范圍大。該支撐桿長(zhǎng)約1.4-1. 6m，它的上半部為一段直管，下部為兩個(gè)尖刺的叉形件，上、 下兩部分連為一體。尖刺的設(shè)計(jì)意圖在于將其插入地下之后，可將儀器固定在地上，以保持 野外儀器的穩(wěn)定性。該主桿由3根以上、長(zhǎng)度為0. 9-1. Im的可伸縮、可拆卸的金屬管組成，用于實(shí)現(xiàn)對(duì) 攝像頭的高度進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。伴隨著地物的不同，當(dāng)所拍攝的范圍較大時(shí)，可以利用主桿 進(jìn)行延長(zhǎng)；當(dāng)所拍攝的范圍較小時(shí)，可以利用拆卸主桿的一部分以降低攝像頭的高度。該頂桿長(zhǎng)40-60cm，其上鑲嵌3個(gè)固定圓管，用以固定橫桿并對(duì)攝像頭的測(cè)量高度 進(jìn)行微調(diào)，3個(gè)固定圓管的間距為15-18cm，固定圓管的內(nèi)徑大于橫桿外徑2-4mm。(圖6)該橫桿長(zhǎng)0.9-1. l.m，其一端插進(jìn)頂桿的固定圓管內(nèi)，另一端用于固定攝像頭，從 而實(shí)現(xiàn)支撐體系與攝像頭的連接及對(duì)其一定程度上的控制。攝像頭其分辨率在800X600以上，并配備USB加長(zhǎng)線，可按要求在市場(chǎng)上選購(gòu)。 攝像頭通過(guò)旋鈕與橫桿連接，依據(jù)攝像頭底座本身的可旋轉(zhuǎn)性及旋鈕連接裝置的存在，實(shí) 現(xiàn)攝像頭360°自由旋轉(zhuǎn)，保證在任何情況下可以實(shí)現(xiàn)攝像頭與地面垂直。由于支撐桿、主 桿、頂桿連接后(以下簡(jiǎn)稱(chēng)桿連接體)與地面是垂直的，而橫桿與桿連接體是垂直的，故當(dāng) 長(zhǎng)方形的攝像頭長(zhǎng)邊與桿連接體平行時(shí)，可保證其鏡頭與地面平行。本專(zhuān)利技術(shù)重要的設(shè)計(jì)之一是利用攝像頭獲取數(shù)碼相片。利用攝像頭取相，一方面，攝 像頭本身小巧、輕便，在很大程度上減輕了儀器總體質(zhì)量，提高了儀器的穩(wěn)定性；另一方面， 通過(guò)攝像頭與筆記本電腦的連接，可直接觀察到攝像對(duì)象、范圍及攝像頭鏡頭與地面的關(guān) 系，可及時(shí)調(diào)整攝像頭位置、方向及角度，提高了測(cè)量過(guò)程的可視化與可控化程度。同時(shí)通 過(guò)對(duì)影像截圖獲取照片，操作簡(jiǎn)便而對(duì)攝像頭的穩(wěn)定性影響很小，在另一方面增強(qiáng)了儀器 整體的穩(wěn)定性。除此以外，本專(zhuān)利技術(shù)采用立體攝影測(cè)量的方法，利用簡(jiǎn)單儀器保證中心投影的中心 點(diǎn)在樣方的中心，從而有效地控制照片邊緣的畸變。在實(shí)際操作過(guò)程中，本專(zhuān)利技術(shù)設(shè)計(jì)過(guò)程 中，在拉出樣方之后，在樣方正中央，擺放一個(gè)規(guī)則的立體標(biāo)準(zhǔn)參照物(如易拉罐或者長(zhǎng)方4體等)，目的在于能夠?qū)崿F(xiàn)在電腦中監(jiān)控中心投影的中心點(diǎn)是否在樣方的中心。如果電腦圖 像中，只能看到中央位置的標(biāo)準(zhǔn)物的正上面而看不到側(cè)面，則說(shuō)明攝像頭是垂直于樣方的， 即保證了中心點(diǎn)的中心正射投影，從而可以減小操作的誤差。由于一般攝像頭沒(méi)有自動(dòng)調(diào)節(jié)光圈的功能，因此一般在陽(yáng)光強(qiáng)的室外條件下所獲 取的植被覆蓋度信息因曝光而丟失，測(cè)出來(lái)的植被覆蓋度信息不準(zhǔn)確，不能夠?yàn)榭茖W(xué)研究 提供準(zhǔn)確的植被覆蓋度。本專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)對(duì)比不同攝像頭來(lái)解決用攝像頭照相測(cè)量植被覆蓋度 時(shí)陽(yáng)光強(qiáng)的條件下所獲取的圖片的曝光問(wèn)題為目的的，通過(guò)解決攝像頭的曝光問(wèn)題并不同 角度(分辨率、價(jià)格、拍照角度、功能)對(duì)比各種攝像頭來(lái)選擇可滿足野外工作需要的攝像 頭，獲取準(zhǔn)確的植被覆蓋度信息，為其他科學(xué)研究提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。通過(guò)用相比較的研究方法，在相同的光照條件下，在同一地點(diǎn)用不同的攝像頭進(jìn) 行拍照獲取植被覆蓋度信息，從不同角度對(duì)比三種攝像頭獲得以下結(jié)論第一、從價(jià)格方面相比這三種攝像頭，可得出無(wú)線攝像頭 >可調(diào)光圈、焦距的，高 像素的高級(jí)攝像頭>像素較低、不可調(diào)光圈的有線攝像頭；第二、從獲取的植被覆蓋度信息本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種便攜式可遙控植被覆蓋度一體化測(cè)量?jī)x，其特征在于：它是由支撐桿、主桿、頂桿、橫桿和攝像頭組成，它們之間的位置連接關(guān)系是：支撐桿和主桿之間通過(guò)銷(xiāo)軸或螺紋連接，主桿和頂桿通過(guò)銷(xiāo)軸或螺紋連接，橫桿設(shè)置在頂桿的固定圓環(huán)內(nèi)，攝像頭固定在橫桿的端部；所述支撐桿是它的上半部為一段直管，下部為兩個(gè)尖刺的叉形件，上、下兩部分固接；它用于將儀器固定在地上，下面的兩個(gè)尖刺便于插入地下，使之保持野外儀器的穩(wěn)定性；所述主桿是一金屬管，用于將攝像頭升到需要的高度；伴隨著地物的不同，可以將主桿進(jìn)行延長(zhǎng)；主桿和支撐桿之間通過(guò)銷(xiāo)軸或螺紋連接。所述頂桿是金屬管制作，其上鑲嵌３個(gè)固定圓管，用以固定橫桿并對(duì)測(cè)量高度進(jìn)行微調(diào)；所述橫桿是金屬管制作，一端插進(jìn)頂桿的固定圓管內(nèi)，另一端用于固定攝像頭；所述攝像頭其分辨率在８００×６００以上，并配備ＵＳＢ加長(zhǎng)線。
【技術(shù)特征摘要】
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：買(mǎi)爾孜婭，孔赟瓏，潘雅婧，冉靜，馬黎立，唐僥，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：北京師范大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：11
還沒(méi)有人留言評(píng)論。發(fā)表了對(duì)其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。