[發(fā)明專利]一種分析樹木年輪微密度圖像的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810085981.9
• 申請日: 2008-07-06
• 公開（公告）號: CN101354357A
• 公開（公告）日: 2009-01-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉盛全;夏萍;周亮;徐斌;印崧
• 申請（專利權(quán)）人: 劉盛全;夏萍;周亮;徐斌;印崧
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01N33/46;G06F19/00;G06T5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術(shù)領(lǐng)域：

一種分析樹木年輪微密度圖像的方法屬電子信息領(lǐng)域，具體來說是一種采集并分析樹木年輪微密度的圖像方法。

背景技術(shù)：

木材密度是指單位體積木材的質(zhì)量，常指平均密度。樹木年輪密度是指年輪內(nèi)窄小范圍內(nèi)的密度。傳統(tǒng)的木材密度測定是通過測量體積和質(zhì)量的方法來求出，一般只能研究到生長輪平均密度的層次，隨著測量方法和技術(shù)的不斷改進(jìn)和完善，木材密度已從平均密度發(fā)展到年輪內(nèi)密度及密度分布的測定。目前，木材物理學(xué)、生物遺傳學(xué)、樹木年代學(xué)、年輪氣候?qū)W、年輪生態(tài)學(xué)、年輪水文學(xué)等均把年輪密度組成成分作為研究樹木改性、加工利用、生物遺傳、氣候變化、水文變化、環(huán)境污染等重要手段。樹木年輪密度測定方法的研究對于木材物理學(xué)、林木培育學(xué)、樹木年代學(xué)等研究具有十分重要的意義。年輪密度測定方法有傳統(tǒng)稱重法、X射線密度計(jì)等方法。傳統(tǒng)稱重法方法簡單，但測量效率低且精度低。X射線密度計(jì)測量精度高，但價(jià)格昂貴。

發(fā)明內(nèi)容：

為了克服傳統(tǒng)稱重法測量效率低且精度低，X射線密度計(jì)測量法價(jià)格昂貴的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種分析樹木年輪密度圖像的方法，測定密度方法簡單且精度高，省去了專用的密度儀設(shè)備，可以使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)代替昂貴、繁雜的密度分析儀，在不影響質(zhì)量的前提下，大大減輕了勞動(dòng)量，降低了成本。

本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明建立通用高精度的樹木年輪圖像處理技術(shù)及應(yīng)用平臺(tái)，采用自適應(yīng)濾波、直方圖均衡技術(shù)、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)和差影法理論對樹木年輪圖像進(jìn)行處理，以消除噪聲、增強(qiáng)圖像亮度、矯正背景誤差。可以分析X射線圖像、掃描圖像、數(shù)字照相機(jī)等圖像，不僅可以測定年輪密度，還可測定年輪寬度，并且在測定的同時(shí)還可直觀地進(jìn)行交叉定年。

本發(fā)明的有益效果是：

年輪密度測定方法有傳統(tǒng)稱重法、X射線密度計(jì)等方法。傳統(tǒng)稱重法方法簡單，但測量效率低且精度低。X射線密度計(jì)測量精度高，但價(jià)格昂貴。樹木年輪密度圖像的分析方法是通過對反射光或透射光圖像進(jìn)行分析，以獲取圖像亮度資料來研究年輪密度。圖像法測定密度方法簡單且精度高，省去了專用的密度儀設(shè)備。樹木年輪圖像分析法可以使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)代替昂貴、繁雜的密度分析儀，在不影響質(zhì)量的前提下，大大減輕了勞動(dòng)量，降低了成本。其整體技術(shù)水平達(dá)到國際先進(jìn)，部分達(dá)到國際領(lǐng)先。

附圖說明：

圖1：一種分析樹木年輪微密度圖像的方法總框圖；

圖2：木材斷面反射光或透射光圖像；

圖3：木材斷面圖像微密度圖譜，其中橫坐標(biāo)為距離，縱坐標(biāo)為微密度；

圖4：木材斷面灰度圖譜，其中橫坐標(biāo)為距離，縱坐標(biāo)為灰度。

具體實(shí)施方式：

樹木年輪密度圖像分析技術(shù)是通過對反射光或透射光圖像進(jìn)行分析，以獲取圖像亮度資料，應(yīng)用圖像的灰度值與穿透物材料密度的線性關(guān)系直接測定物體密度。如圖1所示，樹木年輪密度圖像分析系統(tǒng)包括了圖像讀寫、圖像處理、密度標(biāo)定、數(shù)據(jù)保存、圖表顯示、打印等幾個(gè)流程。

1.圖像讀寫：運(yùn)行系統(tǒng)后，若導(dǎo)入的樹木年輪反射光或透射光圖像背景均勻一致，采用‘?dāng)?shù)學(xué)形態(tài)法矯正法’；若背景不均勻，則采用‘減影矯正法矯正’。數(shù)學(xué)形態(tài)法矯正導(dǎo)入一副處理圖像，減影矯正法導(dǎo)入原始和背景兩副圖像(兩副圖像矩陣相同)。

2.圖像處理：樹木年輪圖像含有大量噪聲，且背景亮度不均勻，因此，若要正確地識(shí)別圖像，必須對其進(jìn)行處理。本發(fā)明采用自適應(yīng)濾波、直方圖均衡技術(shù)、數(shù)學(xué)形態(tài)法和差影法理論對圖像進(jìn)行處理。

自適應(yīng)濾波是根據(jù)圖像的局部變異進(jìn)行自適應(yīng)濾波的，變異大的地方進(jìn)行小的平滑，變異小的地方進(jìn)行比較大的平滑。圖像增強(qiáng)是指將圖像的灰度值調(diào)整到指定的灰度范圍內(nèi)，一般情況下，不同的直方圖表示不同的圖像亮度，增強(qiáng)后的圖像更有利于圖像識(shí)別。

數(shù)學(xué)形態(tài)法矯正是基于形狀的圖像處理技術(shù)，即輸出圖像中每個(gè)像素的值都是輸入圖像中該像素與相鄰像素比較后的結(jié)果。灰度圖像形態(tài)學(xué)運(yùn)算的基本操作有腐蝕、膨脹、開操作、閉操作。腐蝕是消除物體圖像無用點(diǎn)的一種過程，其結(jié)果使剩下的物體沿周邊比處理前小幾個(gè)像素的面積，腐蝕對從一幅分割圖像中去除小且無意義的圖像元素集合。膨脹是將與物體接觸的所有點(diǎn)合并到該物體的過程，結(jié)果是使物體的面積增大了相應(yīng)數(shù)量的像素點(diǎn)，膨脹在填補(bǔ)分割后物體中的空洞很有用。開運(yùn)算一般能平滑圖像的輪廓，削弱狹窄的部分，去掉細(xì)的突出。閉運(yùn)算也是平滑圖像的輪廓，與開運(yùn)算相反，它一般熔合窄的缺口和細(xì)長的彎口，去掉小洞，填補(bǔ)輪廓口的縫隙。