一种草坪盖度的精准测量方法与流程

1.本发明属于草坪测量领域，尤其涉及一种草坪质量性状指标的测量方法。


背景技术：

2.草坪盖度指草坪草的垂直投影面积占整块草坪总面积的百分比，是草坪质量性状评价的重要指标。传统的草坪盖度测定方法有目测法、线段法、针刺法和方格网法。目测法由于人为视觉和实践经验的差异，不同人评估结果误差很大，研究表明人工视觉目测估算草地覆盖度的最大误差可达40％。线段法、针刺法和方格网法存在测量过程繁琐，效率低下，实施不便的缺点。近年来随着信息技术与图像处理技术的发展，利用计算机软件辅助可以直接提取照片rgb像元，根据rgb的光谱特性来分析和判断，为草坪盖度的精确测定提供了可能。


技术实现要素：

3.发明目的：本发明的目的在于提供一种精准的草坪盖度测量方法，该方法操作简便，效率高，精确度高，适用于各类运动场草坪建造过程中盖度动态监测。
4.技术方案：本发明的草坪盖度的精准测量方法，包括如下步骤：
5.步骤1、草坪表层图像采集：在待检测草坪地块随机选取有代表性的1m*1m样方数个，每个样方的四个角用白色地钉标记；采用数码设备从每个样方正上方以固定焦距采集样方草坪表层图像；
6.步骤2、图像处理：通过photoshop软件对拍摄图像进行批量化图片处理和几何畸变矫正并压缩分辨率；
7.步骤3、盖度测量：对图像进行批量几何畸变矫正，降低分辨率保存操作后使用matlab软件进行草坪盖度测量。
8.优选的，步骤1中，所述数码设备包括手机和数码相机。
9.优选的，步骤2中，所述批量化图片处理的具体步骤为：
10.进入photoshop软件，选择文件、打开后在菜单栏中选择窗口-动作，打开动作窗口，点击录制按钮录制操作动作，待照片处理所有动作完成之后，将动作存储；在菜单栏中的文件-自动-批处理中选择需要批处理的动作及批处理图片所在的文件夹，确认后进行处理。
11.优选的，步骤2中，所述几何畸变矫正的具体步骤为：
12.选择文件、打开后同时按shift和c键打开透视裁切功能；将透视裁切的四角点定为照片中样方四角白色地钉点，随后经过透视畸变矫正后将样方矫正为矩形并自动裁切；裁切后进行下一步处理。
13.优选的，步骤2中，所述压缩分辨率的具体步骤为：
14.将裁切后的文件在菜单栏选择图像-图像大小，将图片设置分辨率为300*300像素存储。
15.优选的，步骤3中，所述使用matlab软件进行草坪盖度测量的具体步骤为：
16.点击新建空白脚本，编写程序，对处理后的照片像素进行rgb值的提取，利用超绿指数进行计算，得到每个像素点的超绿指数，即exg值，超绿指数计算公式为exg＝2*g-r-b，同时经过反复调试设置阈值t；判断exg与t的大小，exg值大于t值，则判定该像素点属于草坪覆盖点，草坪盖度为草坪覆盖点像素点之和占总像素点数目的百分比。
17.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：操作简便，效率高，用普通数码照相机或手机拍照获取清晰图片即可；精确度高，可避免人为操作经验不足造成的视觉误差。
附图说明
18.图1为本发明的流程图；
19.图2为本发明的样地示意图；
20.图3为本发明的设备获取的原始图像；
21.图4为本发明所使用的photoshop软件操作界面示意图；
22.图5为本发明的镜头畸变处理后的图像；
23.图6为本发明在镜头畸变处理基础上压缩分辨率的图像；
24.图7为本发明所使用的matlab软件操作界面示意图；
25.图8为本发明使用matlab对于草坪盖度测算后的灰度化及二值分割示意图；
26.图9-图11为本发明实施例中类针刺法操作示意图；
27.图12-图16为本发明实施例中自动处理下不同分辨率图像与参考盖度之间的关系图；
28.图17-图21为本发明实施例中手动处理下不同分辨率图像与参考盖度之间的关系图。
具体实施方式
29.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
30.实施例
31.试验设计：试验共设置(300*300、600*600、1000*1000、1500*1500、3000*3000)5种分辨率大小及两种镜头畸变处理方式(手动处理与自动处理)，照片处理软件为photoshopcc2018，盖度计算辅助软件为matlabr2018b，以类针刺法评估草坪盖度三次取平均值为参考盖度。最后对数据进行分析。
32.类针刺法具体测量步骤：
33.步骤1：将镜头畸变处理后的原始照片导入photoshop；
34.步骤2：使用photoshop网格线功能将样方照片用网格线分割成为100个面积相等的部分来模拟实地测量中的针刺法所使用的网格框(如图4所示)；
35.步骤3：使用鼠标箭头来模拟针刺法中所使用的针尖。在每一网格内随机晃动鼠标，鼠标箭头所停留点模拟为针刺法针刺所垂直刺入的点，统计鼠标箭头停留点为草坪点的次数，计算最终盖度。
36.优选的，步骤2中，所述打开photoshop的网格线功能的具体步骤为：
37.进入photoshop软件，在导入照片文件的基础上在菜单栏中选择视图-显示，勾选网格选项。随后在菜单栏中选择编辑-首选项-参考线、网格和切片对网格格数进行编辑。
38.优选的，步骤3中，计算盖度的具体公式为：
39.草坪盖度＝鼠标箭头停留在草坪点的总次数/100*100％
40.试验结果：
41.如图12-图21所示，从线性回归方程的斜率可知，除了300分辨率照片斜率大于1之外，其他分辨率照片的处理斜率均小于1，说明300分辨率照片估测的草坪盖度要比参考值大，其他分辨率照片估测的草坪盖度要比参考值小。同时300分辨率照片处理的回归系数最接近于1，说明300分辨率下的照片的草坪盖度估测精度要比其他分辨率照片条件下更好。每个处理的相关系数r2都大于0.95，说明每个处理的估算值与参考值有很强的相关关系。
42.表1自动和手动处理下不同分辨率测得的草坪盖度精确度
[0043][0044][0045]
由表1可见，300分辨率照片下，自动处理的草坪盖度平均精确度要比手动处理稍高，为94.48％，手动处理精确度为94.18％。其他分辨率的照片条件下，自动处理的草坪盖度精确度要比手动处理稍低，每种分辨率照片的自动处理与手动处理的平均精确度差值低于0.2％。每种处理的草坪盖度估测值的平均精确度均大于92％，是一个很高的水平，其中无论在自动处理的照片还是手动处理的照片，在300分辨率条件下的照片的mae是最低的，分别为1.88％和1.96％说明其误差较小。


技术特征：
1.一种草坪盖度的精准测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、草坪表层图像采集：在待检测草坪地块随机选取有代表性的1m*1m样方数个，每个样方的四个角用白色地钉标记；采用数码设备从每个样方正上方以固定焦距采集样方草坪表层图像；步骤2、图像处理：通过photoshop软件对拍摄图像进行批量化图片处理和几何畸变矫正并压缩分辨率；步骤3、盖度测量：对图像进行批量几何畸变矫正，降低分辨率保存操作后使用matlab软件进行草坪盖度测量。2.根据权利要求1所述的草坪盖度的精准测量方法，其特征在于，步骤1中，所述数码设备包括手机和数码相机。3.根据权利要求1所述的草坪盖度的精准测量方法，其特征在于，步骤2中，所述批量化图片处理的具体步骤为：进入photoshop软件，选择文件、打开后在菜单栏中选择窗口-动作，打开动作窗口，点击录制按钮录制操作动作，待照片处理所有动作完成之后，将动作存储；在菜单栏中的文件-自动-批处理中选择需要批处理的动作及批处理图片所在的文件夹，确认后进行处理。4.根据权利要求1所述的草坪盖度的精准测量方法，其特征在于，步骤2中，所述几何畸变矫正的具体步骤为：选择文件、打开后同时按shift和c键打开透视裁切功能；将透视裁切的四角点定为照片中样方四角白色地钉点，随后经过透视畸变矫正后将样方矫正为矩形并自动裁切；裁切后进行下一步处理。5.根据权利要求1所述的草坪盖度的精准测量方法，其特征在于，步骤2中，所述压缩分辨率的具体步骤为：将裁切后的文件在菜单栏选择图像-图像大小，将图片设置分辨率为300*300像素存储。6.根据权利要求1所述的草坪盖度的精准测量方法，其特征在于，步骤3中，所述使用matlab软件进行草坪盖度测量的具体步骤为：点击新建空白脚本，编写程序，对处理后的照片像素进行rgb值的提取，利用超绿指数进行计算，得到每个像素点的超绿指数，即exg值，超绿指数计算公式为exg＝2*g-r-b，同时经过反复调试设置阈值t；判断exg与t的大小，exg值大于t值，则判定该像素点属于草坪覆盖点，草坪盖度为草坪覆盖点像素点之和占总像素点数目的百分比。

技术总结
本发明公开了一种草坪盖度的精准测量方法，包括(1)草坪表层图像采集：在待检测草坪地块随机选取有代表性的1m*1m样方数个，每个样方的四个角用白色地钉标记。采用数码设备从每个样方正上方以固定焦距采集样方草坪表层图像；(2)图像处理：通过Photoshop软件对拍摄图像进行批量几何畸变矫正及降低分辨率操作；(3)盖度测量：对图像进行批量几何畸变矫正，降低分辨率保存操作后使用matlab软件进行草坪盖度测量。本发明操作简便，效率高，精确度高，适用于各类运动场草坪建造过程中质量性状动态监测。态监测。态监测。


技术研发人员：杨志民 王宏琛 刘君 于景金 李高林
受保护的技术使用者：句容市南农大草坪研究院
技术研发日：2022.02.21
技术公布日：2022/5/25