(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210838015.X (22)申请日 2022.07.17 (71)申请人 北京师范大学 地址 100091 北京市海淀区新 街口外大街 19号北京师 范大学 (72)发明人 屈永华　汪梓鑫　许丽娜　 (74)专利代理 机构 北京希夷微知识产权代理事 务所(普通 合伙) 16079 专利代理师 王小东　张乾桢 (51)Int.Cl. G06T 7/62(2017.01) G06T 7/11(2017.01) G06V 10/74(2022.01) G06V 10/764(2022.01) G01B 11/28(2006.01) (54)发明名称 一种叶面积指数测量方法及其测量装置 (57)摘要 本发明提供了一种叶面积指数测量方法， 包 括： 步骤一： 图像二值化， 步骤二： 计算冠层间隙 率和接触常数， 步骤三： 提取测点尺度G函数， 步 骤四： 提取样方尺度G函数， 步骤五： 计算测点尺 度有效叶面积指数， 步骤六： 计算样方尺度有效 叶面积指数， 步骤七： 计算聚集指数， 步骤八： 计 算样方真实叶面积指数。 本发明利用智能终端实 现对植被冠层叶面积指数的测量和计算， 便于野 外操作， 充分挖掘测点尺度和样方尺度的图像信 息， 能快速获取多角度间隙率， 解决了已有方法 中G函数与实际冠层情况不符的问题， 提高了窄 视场角终端设备计算 LAI的精度。 权利要求书6页 说明书9页 附图3页 CN 115205366 A 2022.10.18 CN 115205366 A 1.一种叶面积指数测量方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一： 图像二 值化， 对于向上拍摄的原始RGB彩色图像， 提取蓝波段B作为分类特征， 对彩色图像明暗像元 分类， 得到二 值化图像以区分天空像素和植被 像素； 步骤二： 计算冠层间隙率和接触常数， 根据智能终端的拍摄镜头视场角， 在主光轴两侧平面内， 对于单幅图像， 将记录的观测 天顶角以等角度为间隔分割成z个观测天顶角( θi， i＝1， 2...， z)， 依据z个观测天顶角， 将 二值化图像划分为z个同心圆区域( αi， i＝1， 2...， z)， 对于任意区域αi， 计算冠层间隙率P ( θi)和接触常数C( θi)， 公式如下： C( θi)＝‑cosθi ln P( θi)    (2) 其中， N( θi)Total为区域内部总像素个数， N( θi)Sky为天空像素个数； 步骤三： 提取测点尺度G函数， 由于同一张图像的不同观测角度 下LAI值是固定的， 接触常数与G函数具有相似的曲线 形状， 利用归一化角点距离矩阵算法即可对曲线形状进行匹配， 利用单幅图像中的多角度 接触常数C( θi)推断出G函数的分布规 律； G函数是关于冠层消光系数k( θ )与观测天顶角 θ 的函数， 通过下式即可得到不同平均叶 倾角MTA下的G函数分布曲线： G( θ )＝k( θ )cosθ    (3) MTA＝9.6 5(3+χ )‑1.65    (5) 其中， θ为观测天顶角， k( θ )为冠层消光系数， χ为叶倾角椭球形分布函数的椭球垂直轴 长和水平轴长之比； 对于任意一条曲线， 假设具有n个角点c1， c2， c3...cn， 其对应的角点坐标为(x1， y1)， (x2， y2)， (x3， y3)...(xn， yn)， 定义归一 化角点距离矩阵D为： 式中， dmax＝max(di， j)    (8)权　利　要　求　书 1/6 页 2 CN 115205366 A 2其中， i＝1， 2...n， j＝1， 2...n， di， j表示角点ci和cj的欧氏距离， φi， j表示对欧氏距离 进行归一 化处理； 对于曲线A和曲线B， 均可计算出一个归一化角点距离矩阵DA和DB， 则曲线A和B之间的相 似矩阵ΦA， B为： 其中， 该矩阵的每 个元素 表示归一 化角点距离矩阵DA和DB对应元素相除； 两条曲线形状的相似程度通过差异系数w表示， w越接近0， 则对应两条曲线越相似， 计 算公式如下： 曲线A为不同天顶角对应的接触常数C( θi)， B为不同平均叶倾角的G函数， 计算曲线A、 B 的差异系数w， 当w 最小时对应的G函数， 即为测点尺度的G函数； 步骤四： 提取样方尺度G函数， 假设相同的植被在某一生长阶段具有类似的叶倾角分布类型， 样方内各个图像的冠层 LAI会有差异， 但是不同图像的平均叶倾角相对稳定， 依据步骤三中提取的单幅图像 G函数， 计算出单幅图像的平均叶倾角MTAp， 再对样方内所有图像的MTAp求均值， 即为 该样方的冠层 平均叶倾角MTAq， 若该样方共N幅图像， 样方植被观测的平均叶倾角计算公式为： 其中， 表示对N幅图像的平均叶倾角求均值。 进一步地， 将MTAq代入步骤三的公式(3) ‑(5)可得出该样方的G函数； 步骤五： 计算测点尺度有效叶面积指数， 在不考虑冠层的聚集效应时， 此时计算的LAI称为有效叶面积指数LAIeff， 它是真实叶 面积指数LAItru与聚集指数Ω的乘积， 单幅图像的有效叶面积指数LAIeff(picture)通过步 骤二划分的z个同心圆 区域有效叶面积指数LAIeff( αi)取平均值计算得到， 公式如下： 其中， G( θ )为 步骤四中计算的样方G函数； 步骤六： 计算样方尺度有效叶面积指数， 样方内拍摄的多张图像是在空间上的随机采样， 因此， 整个样方的有效叶面积指数 LAIeff(quadrat)由多张单幅图像LAIeff(picture)平均计算得到：权　利　要　求　书 2/6 页 3 CN 115205366 A 3