本发明属于生态学研究，更为具体地讲，涉及一种去树干后测量叶面积指数的方法。
背景技术：
1、叶面积指数(leaf area index，lai)是指单位地表面积中的叶片面积总和的一半，该参数与植被的物理特性、生化过程、物候特征等有密切关系，对于碳循环、能量、水分通量等全球及局部的生态系统领域具有重要的意义。叶面积指数是一个无量纲量，可认为叶面积与地面积之间的比值。它反映了叶片的数量和分布情况，是研究冠层中光线穿透情况，冠层生产力，冠层下土壤水分蒸发、蒸腾损失总量，冠层截留，及土壤温度的基础因子。
2、目前叶面积指数的测量方法有直接测量法和间接测量法。直接测量法通常来说包括收集样本和叶面积测量两个步骤，虽然精确度高，但是具有很强的破坏性和工作量大的缺点，仅限于小冠层测量，对于树林、森林大冠层基本上是不可能的。间接测量法通过光线传播模型能相对简单地测量出光线的穿透情况，并基于lambert-beer定律对叶面积指数做出精确的估计。间接测量方法主要有斜点样方法、基于辐射测定法和孔隙度反演法，具有快速、简单等优势。其中斜点样方的问题是需要大量的专用探针且操作相当繁琐，因而不适应冠层较大的植物的参数获取；基于辐射测定法常常需要借助激光雷达(根据搭载平台分为地基、车载、机载、星载等类型)获取目标对象的空间信息，处理数据复杂，成本高昂。而孔隙度反演法的代表方法——半球图像法，通过鱼眼镜头获取接近180°冠层图像信息，经过图像处理获取冠层孔隙度，进而反演出叶面积指数。自even等将其用于植被的冠层的辐射监测以来，半球图像法以其超大视角范围和获取鱼眼图像设备价廉的优势得到了广泛的研究和应用。近年来，随着数码相机和数字图像处理技术的完善和进步，半球图像法的功能也日益完善，目前已成为各领域的重要研究方法。
3、常用的lai测定方法需要使用光学仪器，其原理是通过鱼眼镜头和数码相机获取冠层图像，利用软件对冠层图像进行分析，计算冠层空隙大小、孔隙率等，进而推算出叶面积指数。孔隙率可以用来评估叶面积指数lai，需要注意的是，虽然这种方法简单易操作，但是可能会受到叶簇类型和非叶片单元的影响，例如树干。树干的存在，会使lai值偏高。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种去树干后测量叶面积指数的方法，通过去除冠层图像中的树干，使得测量的lai值更接近于真值。
2、为实现上述发明目的，本发明一种去树干后测量叶面积指数的方法，其特征在于，包括以下步骤：
3、(1)、图像采集及预处理；
4、设置鱼眼摄像头的拍摄视场角为180度，拍摄图像的圆心坐标为(r,r)；
5、采用鱼眼摄像头拍摄植被rgb冠层图像，然后以直径2r对rgb冠层图像进行裁剪，裁剪后的rgb冠层图像记为x1；
6、(2)、生成掩膜图；
7、将rgb冠层图像中圆的半径r等分为90份，每一份的长度为r，取冠层图像x1中55r～60r部分的圆环，将圆环以外的区域像素值设置为0，圆环内的像素点设置为1，生成掩膜图b；
8、(3)、提取rgb冠层图像的有效区域；
9、将冠层图像x1与掩膜图b相乘，得到仅含有55r～60r部分的圆环图像x2；
10、(4)、生成二值化圆环图像；
11、将圆环图像x2进行灰度处理，然后根据二值化阈值，将灰度值大于二值化阈值的像素值设为1，将灰度值小于二值化阈值的像素值设为0，得到仅含有55r～60r部分的二值化圆环图像x3；
12、(5)、提取二值化圆环图像x3中的树干；
13、(5.1)、设置遍历步长θ；对二值化圆环图像x3从圆环0°开始以步长θ进行逆时针遍历，需要遍历360*(1/θ)次；
14、(5.2)、在第i次遍历中，生成一个扇形掩膜mi，mi的圆心在(r,r)处，内外圆半径分别为55r和60r，起始角度和终止角度分别为(i-1)*θ和i*θ，扇区内的像素设置为1，其它区域像素设置为0；
15、将二值化圆环图像x3与当前生成的扇形掩膜mi进行相乘，得到二值化扇形冠层图像yi，i＝1,2,…,360*(1/θ)；
16、统计二值化扇形冠层图像yi中像素值为0的像素点所占比例，记比例值为βi；如果βi大于预设阈值β，则判断二值化扇形冠层图像yi中可能存在树干，然后进入步骤(5.3)，否则，令i＝i+1，再返回步骤(5.2)；
17、(5.3)、设置遍历步长然后以步长对二值化扇形冠层图像yi进行逆时针遍历，需要遍历次；
18、在第j次遍历中，生成一个扇形掩膜的圆心在(r,r)处，内外圆半径分别为55r和60r，起始角度和终止角度分别为和扇区内的像素设置为1，其它区域像素设置为0；
19、将二值化扇形冠层图像yi与当前生成的扇形掩膜进行相乘，得到二值化扇形冠层图像
20、统计二值化扇形冠层图像中像素值为0的像素点所占比例，记比例值为如果大于预设阈值则判定二值化扇形冠层图像所在区域为树干，然后进入步骤(5.4)，否则，令j＝j+1，再重复步骤(5.3)进行第j+1次遍历；
21、(5.4)、将生成二值化扇形冠层图像所对应的扇形掩膜保存，待二值化圆环图像x3遍历完成后将所有的存在树干部分的扇形掩膜进行相加，得到掩膜图m，并统计掩膜图m中像素值为1的像素点个数pm；
22、(6)、生成没有树干的rgb底图；
23、对掩膜图m取反，生成反掩膜图m；再将反掩膜图m与冠层图像x1相乘，生成没有树干的rgb底图x4；
24、(7)、生成标记树干位置的rgb冠层图；
25、设定r通道和g通道全为0，b通道全为1，创建一个全蓝色的背景图像；然后将背景图像与掩膜图m相乘，其相乘结果再与无树干的rgb底图x4相加，得到标记了树干位置的rgb冠层图像x5；
26、(8)、计算去树干后的叶面积指数lai；
27、(8.1)、统计rgb冠层图像x5中55r-60r圆环内天空的像素数ps和圆环内总像素pt，则去掉树干后的总像素数pa＝pt-pm；
28、(8.2)、计算出去掉树干后的lai值；
29、
30、
31、其中，t(57.5°)为入射光视场角为57.5°时的植被冠层孔隙度，t'(57.5°)为去除树干后入射光视场角为57.5°时的植被冠层孔隙度。
32、本发明的发明目的是这样实现的：
33、本发明一种去树干后测量叶面积指数的方法，先通过鱼眼镜头拍摄植被rgb冠层图像，并进行裁剪；然后提取冠层图像的有效区域，并根据提取的圆环部分进行二值化处理；根据特定的步长和阈值，逐步提取二值化扇形冠层图像中的树干部分，并将树干位置保留在掩膜图中；根据提取的掩膜图，去除冠层图像中的树干部分，得到没有树干的rgb底图；创建全蓝色背景图像，并与掩膜图相乘，再与无树干的rgb底图相加，生成标记了树干位置的rgb冠层图像；统计圆环内天空像素数和总像素数，进而得到冠层孔隙度，计算去除树干前后叶面积指数值。
34、同时，本发明一种去树干后测量叶面积指数的方法还具有以下有益效果：
35、(1)、通过逐步遍历和扇形掩膜的使用，准确识别冠层图像中的树干部分。
36、(2)、实现了从鱼眼镜头所拍摄植被rgb冠层图像预处理到树干提取和叶面积指数计算的自动化处理流程。
37、(3)、通过标记树干位置的rgb图像，可以直观地展示树干在冠层中的位置。
38、(4)、本发明能够在数字半球摄影法照片中找到部分树干像素，并利用3d仿真验证了树干去除方法的可行性，验证该算法可提高叶面积指数测量准确性。
1.一种去树干后测量叶面积指数的方法，其特征在于，包括以下步骤：
