基于激光点云的叶面积指数研究

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1、分类号TP391学位代码307学校代码10298密级GK学号3130112硕士学位论文论文题目：基于激光点云的叶面积指数研究作者：罗毅专业：计算机应用技术研究方向：图像处理指导教师：薛联凤二〇一六年六月i学位论文原创性声明人郑重声明王本：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行的研究作所取得的成果。尽我所知，除文中芭经特别注明引用的内容和致谢的地方外，本论文不包含库何其他个人或集体色经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均扛在文中切、明确方式注明并表示感谢。本人完全意识到本声明的法律

2、结果由本人承担。学位论文作者（本人签違）：穀２０／的６月八曰歹学位论文出版授权书本人及导师完全同意《中国博击学位论文全文数据库出化章程》、《中国优秀硕击学位论文全文数据。，＂库出版章程》，见ＷＷＷ．Ｃ址Ｌｎｅｔ拟下简称章程），愿意将本人的学位论文提交中国学术期刊（光盘”版）电子杂志社在《中国博壬学位论文全文数据库》、《中国优秀硕主学位论文全文数据库》中全文发表和Ｌ义电子、网络形式公开出版，并同意编入抑ＫＩ《》中国知识资源总库，在《中国博硕壬学位论文评价“＂》数据库中使用和在互联网上传播，同意按韋

3、唔规定享受相关权益。论文密级：＞开□保密（年＿＿＿＿＿月至＿＿＿年＿＿月）（巧密始净银给车在解密后轰速守化妨试）作者签名：ｋ导师签名＿＿ｆ；诏爭２〇ｌｂ年ｂＡｆ１ｈ＆互ｅｄ年占月日致谢毕业论文的开始意味着研究生生活的结束，回首昔日，心中良多感叹，众多师长和亲友对我的鼓励和帮助铭记在心。在论文完成之际，首先感谢我的导师薛联凤教授三年来的悉心指导。薛老师严谨的治学态度、不辞辛劳的工作作风、诚挚谦虚的品格永远值得我学习和效仿。薛老师不仅在学业上给予了我耐心的指导和鼓励，而且在生活和为人处世上也给了我

4、极大的帮助和引导。感谢另外一位导师云挺教授在科研道路上的谆谆教诲。云老师不仅在我的研究课题上点亮了一盏明灯，而且在研究实验的思路、论文的撰写上也给予了及时的帮助。云老师广博的学术知识和严谨的学术精神是我学习的榜样。感谢毕业的师兄高纪青、嵇俊、刘俊焱、喻垚慎的帮助和关怀，以及他们做出的丰硕的研究成果对我的帮助和影响，感谢师弟张冬、师妹张天安在实验中的建议。感谢我的舍友曹海洋、李正军、季小俊在学习和生活中的互帮互助，感谢平时生活的同学和朋友。感谢评阅论文和参加答辩的各位专家、老师，感谢他们在百忙之中的悉心指导。最后再一次感谢在毕业

5、设计中帮助过我的所有良师益友。作者：罗毅二〇一六年六月于南京i摘要植被冠层是树木与自然环境互相作用的主要场所，冠层参数的研究对树木的分析有着至关重要的作用。树木的光合作用、呼吸作用、蒸腾作用以及对降水的截取大多发生在树木冠层，植被冠层结构参数是反映树木生长状况，评估树木碳储量以及碳汇能力的重要指标，叶面积指数则是冠层参数中最重要的参数之一。传统的叶面积指数测量方法通常需要消耗大量的时间和人力，并且在测量时会对植被产生破坏性作用。为了能够更加方便、快捷、可靠、无损地测量植被冠层叶面积指数，本研究分别以单株和多株为研究对象，采用H

6、emiView冠层分析仪、三维激光扫描仪获取彩色数字图片、三维点云数据，并设计图形图像算法，构建林学指标，进而获取林分的关键参数。具体工作如下：首先是林分叶面积指数计算，为了更准确地获取冠层叶面积指数，提出一种将半球摄影法应用于激光点云数据的计算方法。对于鱼目相机拍摄得到的彩色数字图片，采用半球摄影法得到冠层孔隙率，根据Beer-Lambert定律计算可得有效叶面积指数(LAI)和丛生指e数(CI)，进而可以得到真实叶面积指数(LAI)；将激光扫描仪得到的三维点云数据缩放在a单位球的上半球表面上，再通过投影算法将半球面图像投影

7、在平面上，得到半球图像，根据半球摄影法完成剩余工作。其次是叶片分离研究，在基于激光点云上，提出了一种新型的测算叶面积指数的思路。通过地面激光扫描仪获取单株活立木的三维点云数据，对树木叶片建立模型，提取叶脉并进行聚类操作，用分水岭算法将规整化的点云数据进行分割，使得分割出的每个小空间仅含有一条叶脉，从而实现对叶片的分离操作，最后对每个叶片投影到水平面进行三角剖分，计算叶面积，最终得到叶面积指数。文章最后，给出了实验研究得到的结果：林分和单株的叶面积指数。林分研究中，对比了半球摄影法和三维点云法的结果，证明了将半球摄影法应用在三维

8、点云数据的合理性；叶片分离研究中，对叶片进行了分离并得出了树木的叶面积指数。从实际应用出发，以上研究对叶面积指数的获取非常重要，在未来研究中，由激光点云数据获取叶面积指数将得到广泛应用。关键词：叶面积指数；激光点云；叶片分离；半球摄影法；分水岭算法iLeafAreaIndex