冠层照片、实测、LAI2000分析叶面积指数比较外文翻译资料

 2022-11-16 11:30:32

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CAN-EYE用户手册节选

1.CAN-EYE软件介绍

CAN-EYE V6.1是由法国国家农业研究所（INRA）的EMMAH实验室开发的一个免费软件。开发者表示这个软件只是教学产品，只供教学使用。在法国，该软件版权受知识产权制度保护，在其他国家，该软件版权受到国际协议保护。

该软件可在网页http://www6.paca.inra.fr/can_eye进行下载获取。如果有任何信息需求、问题或者漏洞报告，请联系邮箱 can_eye@avignon.inra.fr。

1.1 CAN-EYE的具体特征

CAN-EYE是一个在Windows系统下运行的图像处理软件，用作提取来自真彩图像或鱼眼镜头图像的冠层结构特征，包括下列参数。

（1）LAI：Leaf Area Index，叶面积指数。

（2）ALA：Average Leaf inclination Angle，平均叶倾度。

（3）FAPAR：Fraction of Absorbed Photosynthetically Active Radiation，主动辐射光合吸收度。

（4）FCOVER:Vegetation cover fraction，植被覆盖度。

（5）双向和单向定向孔隙度。

CAN-EYE软件用作通过最优设定来一次性批量处理系列图像。图像可以为RGB图像或者二进制图像。通过处理图像能够测得下列参数。

（1）DHP：Digital hemispherical images，数字半球图像，由鱼眼镜头相机系统提供。通过该图像，可用CAN-EYE软件处理推导得到LAI、ALA、FAPAR、FCOVER和孔隙度。

（2）相机与垂直方向成57.5°角获得的图像，可用CAN-EYE软件处理推导得到LAI和57.5°下的单向孔隙度。

（3）垂直方向获得的图像，可推得FCOVER。

CAN-EYE具有一系列具体特征用来提高有效性、精确度、灵活性和可追溯性：

有效性：每一系列的图像一般来说都需要2-20分钟进行处理，这取决于图像的复杂程度、用户的操作经验和运行电脑的性能。

精确度：图像转化为二进制（绿色植被/其他）是通过交互分类过程来进行的，这就提供了更多的灵活性来将绿色元素从土壤或其他环境中区分开来，无论是朝上还是朝下的冠层。

灵活性：CAN-EYE能够进行成像系统校准，也能够选择感兴趣区域。交互掩膜工具能够让用户消除照片中不需要的部分。交互缩放工具也具备这样的功能。也有特定的工具可以用来考虑地形坡度。

轻便：CAN-EYE软件的安装十分简单。

可追溯性：CAN-EYE软件被设定为过程步骤都是可追踪的。为了实现这些目的，一个HTML报告和结果输出文件（excel格式）以及运行结果都会由软件自动生成创建。

2.CAN-EYE软件的安装

CAN-EYE软件的安装十分简单。

首先，检查系统类型，判断需要安装软件的电脑系统是32位还是64位。方法为选择电脑桌面上“我的电脑”图标，右击图标，从菜单中选择属性，即可查看系统位数类型。

然后，从Mathworks网页（http://www.mathworks.fr/products/compiler/mcr/）下载相对应的MATLAB运行组件（R2012a版本，32位或64位）。

根据用户自身的系统类别，根据操作指南，点击MCR_R2012a_win32_installer.exe或者MCR_R2012a_win64_installer.exe，安装MATLAB运行组件（MCR），这需要用户具备管理员权限。添加MCR到用户路径。

创建一个用来保存CAN-EYE执行文件和相关其他文件（帮助、数据、ParamV6）的目录。

拷贝目录中的CAN_EYE_V6313_yyyy_mm_dd_bits.exe文件，然后双击它。这样所有的CAN-EYE文件和相关目录就会被安装完毕。

最后，用户便可以通过点击CAN_EYE_VXXX.exe来运行该软件。

3.逐步使用CAN-EYE

3.1 选择处理图片的类型

无论是jpg格式还是tiff格式，用作同批处理的系列图片必须保存在相同目录下。这些图像被认定为要与所在场地的同一个基本样本单元对比。所有的图像必须具有相同特征，比如格式、尺寸等。

要注意的是，考虑到CAN-EYE泊松模型的假定，由单张影像的冠层孔隙度估算叶面积指数是不精准的，因此一组照片最少需要8张才能完成较为精准的估算（ Weiss et al.,2003)。CAN-EYE一次性能够处理的图片张数不超过20张。因此，如果对于同一冠层，有超过20张的图像，那么使用者必须将它们分成2组甚至更多组来分批处理。因此用CAN-EYE来确定单棵树木或作物的叶面积指数是不可能的。

同一系列图像的亮度条件应基本一致。如果亮度条件存在明显差别，比如强烈直射光或者强散射情形，最好将图像分类为均一的次类别。对于同一冠层的照片拍摄还有一个显著要求的条件是拍摄方向要一致，朝上或朝下，只有拍摄方向相同，这样的图片才可以存在目录中等待处理。

CAN-EYE只接受TIFF格式和JPEG格式的图片，或已分类影像的二进制格式。图片可以为任意尺寸。但是，保存在同一单独目录并同批进行处理的图片需要具有相同格式、尺寸、相机设置，还有相同的拍摄角度（朝上或朝下）。如果不同，就需要创建和不同类别数一样数量的目录。

图片命名不重要，但要保证后缀是正确的，除此之外任何命名都能够被接受、追踪处理、得到结果文件。

一、半球形的图片

选择“Hemispherical?Images（半球形图片）”。此选项菜单能够处理鱼眼镜头所拍摄得到的图像。这能够推导出LAI、ALA、FAPAR和FCOVER。直接操作步骤：

系统接受的RGB图片（JPEG格式或TIFF格式）：

（1）朝上：相机置于地面，朝天空方向拍摄。

（2）朝下：相机置于冠层上方，朝土地方向拍摄。

结果将被保存在图片所在目录中的此目录中，并被命名为CE_P180_imagedirectory。

已经完成分类的图片（二进制）

两种图片类型可以考虑：

（1）有用部分已被提取出来的已分类图片，比如CAN-EYE提供了鱼眼镜头校准的自动处理：结果被保存在一个名为CNE_DirectoryName的压缩文件中，其中包括：①头文件（ASCII文件），名为CNE_DirectoryName.hdr，有两个参数。第一个提供图像高度，第二个提供图像宽度。②名为ImageName.cne、以无符号整数进行编码的二进制文件，8位元。冠层间隙度在0-100之间，0代表作物，100代表空隙，0-100之间表示为混合像元。无效值为255。

（2）有用部分尚未被提取出来的已分类图片（原始图片的尺寸被保留），需要外部处理：这就需要用其他工具来处理图片以获取CAN-EYE所需的变量。结果被保存在一个名为CIE_DirectoryName的压缩文件中，其中包括以无符号整数编码的名为ImageName.cie的二进制文件，8位元。冠层间隙度在0-100之间，0代表作物，100代表空隙，0-100之间表示为混合像元。无效值为255。

对于已分类图像，用户可以选择包含lsquo;CIE_name.ziprsquo;或lsquo;CNE_name.ziprsquo;的目录，也可以选择一个包含多类的目录，他们本身包含了一个或多个?lsquo;CIE_name.ziprsquo;（批处理）。对于每一个lsquo;CIE_name.ziprsquo;，结果将被保存在子目录，名为?CE_P180_CIE_name。

二、相机倾斜57.5°得到的照片

选择“Images at 57°”。此选项菜单能够处理能够处理相机与垂直方向相比倾斜57.5°所拍摄得到的图像。在这个特别的方向上，冠层间隙度与叶片倾斜角度无关（Weiss et al.,2003)。这样只能推导得到LAI。

直接操作步骤：

系统接受的RGB图片（JPEG格式或TIFF格式）：

（1）朝上：相机置于地面，朝天空方向拍摄。

（2）朝下：相机置于冠层上方，朝土地方向拍摄。

已经完成分类的图片（二进制）

两种图片类型可以考虑：

（1）有用部分已被提取出来的已分类图片，比如CAN-EYE提供了鱼眼镜头校准的自动处理：结果被保存在一个名为CNE_DirectoryName的压缩文件中，其中包括：①头文件（ASCII文件），名为CNE_DirectoryName.hdr，有两个参数。第一个提供图像高度，第二个提供图像宽度。②名为ImageName.cne、以无符号整数进行编码的二进制文件，8位元。冠层间隙度在0-100之间，0代表作物，100代表空隙，0-100之间表示为混合像元。无效值为255。

（2）有用部分尚未被提取出来的已分类图片（原始图片的尺寸被保留），需要外部处理：这就需要用其他工具来处理图片以获取CAN-EYE所需的变量。结果被保存在一个名为CIE_DirectoryName的压缩文件中，其中包括以无符号整数编码的名为ImageName.cie的二进制文件，8位元。冠层间隙度在0-100之间，0代表作物，100代表空隙，0-100之间表示为混合像元。无效值为255。

结果将被保存在次目录中，名为CE_P57_Directoryname。对于已分类图像，用户可以选择包含lsquo;CIE_name.ziprsquo;或lsquo;CNE_name.ziprsquo;的目录，也可以选择一个包含多类的目录，他们本身包含了一个或多个?lsquo;CIE_name.ziprsquo;（批处理）。对于每一个lsquo;CIE_name.ziprsquo;，结果将被保存在子目录，名为?CE_P57_CIE_name。

三、相机垂直（从最低点进行拍摄）得到的照片

选择“Images?at?nadir?(0°)”。此选项菜单能够处理能够处理相机垂直从最低点所拍摄得到的图像。这只能推导出FCOVER。此选项菜单能够处理能够处理相机（非鱼眼镜头）与地面垂向所拍摄得到的图像。

直接操作步骤：

系统接受的RGB图片（JPEG格式或TIFF格式）：

（1）朝上：相机置于地面，朝天空方向拍摄。

（2）朝下：相机置于冠层上方，朝土地方向拍摄。

一旦用户选择了二者之一，就必须选择一个目录来存放用户想要同批处理的系列图像。然后用户需要提供CAN-EYE处理参数。结果将被保存在名为?CE_NADIR_Directoryname的次目录文件夹中。

3.2 定义处理参数

一旦选择了包含图像的目录文件夹，用户必须提供可以用以区分图像类别的处理参数，包括光学特性参数和CAN-EYE特性参数。参数信息必须由用户在一个特定的窗口手动输入。处理参数随后以一个默认命名被保存在Param_V6次目录文件夹中，即在CAN_EYE运行文件安装所在的目录文件夹之下。对于半球形图像，当处理新的目录文件时，为了节约时间，一些预处理也将如此运行与保存。

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