塞罕坝林场图像处理技术在林业中的应用探讨

作者:塞罕坝林场 刘纪建 | 文章来源: | 发表时间:2018-11-02 | 点击率:498

一、数字图像处理概述

数字图像处理(Digital Image Processing)主要是利用计算机技术,经过去除噪声、增强、复原、分割、提取特征等处理的方法和技术对图像进行处理。数字图像处理的产生和迅速发展得益于以下三个方面:一是计算机软件和硬件的快速发展;二是数学的发展,特别是表征体积元和离散数学的创立和完善;三是社会发展的需求,林业、工业和农业的创新模式的发展。数字图像是指由被称作象素的小块区域组成的二维矩阵。对于单色即灰度图像而言,每个象素的亮度用一个数值来表示,通常数值范围在0 到 255 之间,即可用一个字节来表示,0 表示黑、255 表示白,而其它表示灰度。 数字图像是对二维连续光函数进行等距离矩形网格采样,再对幅度进行等间隔。

一般来讲,图像处理技术的用途主要在以下三个方面:

(1)改善图像的质量,如进行图像的亮度、彩色变换,增强、抑制某些成分,利用小波变换原理对图像进行过滤,以达到图像的一定用途。

(2)提取图像信息,主要用于计算机分析图像中的某一特点。提取特征或信息的过程是模式识别或计算机视觉的预处理。提取的特征可以包括很多方面,如频域特征、灰度或颜色特征、边界特征、区域特征、纹理特征、形状特征、拓扑特征和关系结构等。

(3)图像的存储和传输。图像数据经过变换、编码和压缩,由计算机和图像专用设备组成的图像处理系统对图像数据进行输入、加工和输出。


二、数字图像处理技术在塞罕坝林业中的应用

(1)远景图像的应用。

一是森林分布图的编制。目前塞罕坝林场对森林资源的调查主要还是绘制林分或小班的林相图,随着遥感资料的应用,遥感卫星图像逐渐代替了地面测量技术,在森林资源调查时可以给出清晰正确可靠的图面资料,然后就可以算出某指定地点的森林面积。目前我国正在开发大面积使用的影像地图,这将大大挖掘遥感信息技术的潜力,提高林业生产的图像质量,满足林业生产的需要。

二是林地分类。在林业生产,可以利用遥感技术实时获取某一地点林木生长环境、生长状况和空间差异的大量时空变化图像,通过这些图像的对比,可以清晰看出森林的全貌和生长状况信息,如树种的分类、龄级、郁闭度等因子。再根据这些因子规划森林小班,进行林地分类。

三是野外工作的位置图。目前GIS技术联系航空图像可以作为工作人员的向导,野外工作手机GPS信息较弱时,可以利用GIS控制野外的联络图,可以提前规划好行动的路线,节省作业时间,提高工作效率。同时GIS提供的航拍航空像片也是外业调绘工作的草图,实现小班轮廓的现地验证落实,提供内业成图的基础。

(2)近景图像的应用。

近景图像的应用主要在测树。传统的测树方法主要利用机械以及光学原理,然而在实际工作中,因为树木间距过密、树冠互相遮挡,造成一定的测量误差,后因自动化技术的发展,衍生了基于摄影测量技术的自动测树系统,可以方便、快捷、有效地测量树木的直径、树高、树冠等参数,提高获取立木信息的效率。近景摄影技术可以为树高--胸径模型和研究树冠模型提供依据,可以快速建立动态的林分调查信息,实现森林调查方法与技术的高效提升。

(3)计算机视觉技术的应用。

计算机视觉效果的应用主要集中在木材、人造板的图像观察上,在木材学中,可以提取木材的微观结构图像,结合宏观的实际特征,可以建立木材成分的微观、介观、宏观图像结构,可以利用图像测量木材细胞壁率、木纤维长度、细胞腔面积,以及木材生长密度、年轮等,对木材的水分迁移和木材改性提供图像上的依据。

在人造板的加工过程中,可以基于X成像技术,对板材的表面和内部结构进行在线监测,检测成板过程中的质量缺陷问题;利用多传感器技术,对板材进行表面裂纹、厚度等检查,用X成像技术用来检测和区分高密度板。


三、图像技术发展的意义

一是随着3S技术的发展,林业资源调查管理中将会越来越多的应用图像技术, 能够为获益林业资源信息提供技术、迅速、客观、周期性的服务, 可以有效解决林业生产、资源管护、生产检测、森林防火等工作中的遥感制图的提供、信息更新、辅助决策等信息技术服务, 提高林业生产整体水平。

二是近景摄影测量技术可以对树木生长进行快速、无损、实时的监测,可以有效研究树干、树冠的形状,也可以实时提供树干因子和点位图, 获得的信息直观且便于保存,为建立动态林分调查信息档案奠定了基础。 近景摄影测量技术在改变传统的森林调查方法与技术, 提高森林调查方法与技术的现代化、信息化水平,降低野外调查时间提供了便利。

三是计算机视觉技术应用到木材加工上, 可以对原木的外形轮廓进行数据的实时采集和数字化测定,同时结合计算机表面检测、木材的无损检测,应用于原木旋切加工、制材下锯和原木检测中,基本上就可以实现选择最佳加工方法和在线实时控制处理,从而大大提高单板出板率、锯材出材率和原木检测的精度和速度。这对实现木材的优化利用和木材加工的自动化,具有十分重要的意义。


四、数字图像处理技术在林业发展中的前景

从国家的林业发展总规划来看,数字图像处理技术在以后的林业调查和林业发展过程中是可行的、迫切的,将为林业科技创新和六大林业重点工程提供可靠的数据分析和信息支撑平台,具体体现在以下五个方面:

一是计算机呈现效果将会在林业发展中占据越来越重要的地位。

二是现代化的计算机遥感技术是现时代林业发展所急需的。

三是数字图像处理是林业计算机的重要组成部分,是林业科技信息产业发展的必然。

四是林业计算机运用是林业科技支撑体系建设的重要组成部分。   

五是科技创新很大程度上取决于数字图像处理和模式识别在林业中的贡献。




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