專利名稱：一種珊瑚測量裝置及其測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于珊瑚礁生態(tài)學研究領(lǐng)域，特別涉及一種珊瑚測量裝置及其測量方法。
背景技術(shù)：
珊瑚礁為全世界四分之一的海洋生物提供了棲息地和保護所，造礁石珊瑚作為形成珊瑚礁的主要造礁生物是珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)中的關(guān)鍵功能物種。但是隨著人類對海洋資源的不斷破壞和污染、氣候變化的影響以及敵害生物的爆發(fā)，珊瑚礁的面積已經(jīng)在全世界范圍內(nèi)開始減少。造礁石珊瑚被列入《瀕危野生動植物種國際貿(mào)易公約》附錄II。因此，對造礁石珊瑚的生態(tài)學研究，及對其保護和增殖已經(jīng)成為了環(huán)境和生態(tài)領(lǐng)域的熱點。珊瑚個體的大小以及珊瑚覆蓋率是珊瑚礁生態(tài)學和生理學研究中最常用和基礎(chǔ)的指標。珊瑚個體大小是可用來衡量一個珊瑚發(fā)育狀況、存活時間、繁殖潛力及競爭力的重要生物學指標，同時它也是測量珊瑚生長狀況和估測珊瑚生物量的重要標準之一。最常用的珊瑚個體大小的指標有兩種一種是在俯視的情況下以珊瑚個體的最長軸長度和同其垂直的軸線長度作為指標；另一種是俯視情況下珊瑚個體在水平截面上的面積作為指標。在國際常規(guī)的水下測量珊瑚個體大小的方法有兩種，一種是利用皮尺或直尺在水下直接測量，并在水下記錄板或記錄紙上記錄數(shù)據(jù)。該種方法在有風浪或水流時整個水下操作過程將會十分困難，并且需要的操作時間較長。珊瑚個體不規(guī)則，往往呈半球狀或叢生狀，這不但為測量增添了難度，同時也增加了測量的誤差。而且在計算珊瑚面積時將無法直接獲得數(shù)據(jù)，只能根據(jù)測量的兩個軸線長度，代入橢圓的面積公式以估算珊瑚個體的面積， 而無法獲得精確的面積大小。國外有利用水下拍照的方法及相關(guān)軟件測量造礁石珊瑚的覆蓋率，以及拍攝時將對比物放置在被拍攝珊瑚的旁邊，用以估計珊瑚個體大小的方法。但利用攝影方法測量珊瑚的個體大小的未見報道。在國內(nèi)，尚無利用水下攝影技術(shù)測量造礁石珊瑚個體大小的方法。水下攝影多利用在記錄造礁石種類、估測造礁石珊瑚覆蓋率及造礁石珊瑚狀況記錄方面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種利用水下攝影快速方便地測量珊瑚個體大小及面積的方法及適用于該方法的相關(guān)裝置。本發(fā)明所提出的一種珊瑚測量裝置及其測量方法，其技術(shù)方案包括如下步驟 一種珊瑚測量裝置，所述裝置包括圖像采集端、圖像處理端和固定端，所述圖像處理端
與所述圖像采集端連接，用于處理獲取的圖像，所述固定端用于固定所述圖像采集端，所述固定端為一支架，支架上端設(shè)有固定圖像采集端的固定位，下端設(shè)置有標尺和一個或多個水平儀，所述標尺用于作為待測量對象的對比物，標尺并非一定是有刻度的尺子，只要能在拍照所得的照片中完全顯示出來的已知精確長度的物體或記號。所述標尺與支架之間為滑動連接。所述標尺用膠水固定連接在支架下部作為取景框的方框其水平面。所述水平儀包括第一水平儀和第二水平儀，所述第一水平儀和第二水平儀的測量軸線成一夾角，所述第一水平儀所在平面、第二水平儀所在平面與標尺所在平面互相平行或重合。所述圖像采集端固定位為一圓形螺孔，通過螺絲固定所述圖像采集端于所述固定位上。所述圖像采集端為水下數(shù)碼相機，所采用的相機所用鏡頭不能為廣角鏡頭、魚眼鏡頭或其他形成影像會產(chǎn)生明顯形變的鏡頭。相機拍照時照片的分辨率越高，測量時精度越高，所述圖像處理端為計算機。一種珊瑚測量方法，包括支架裝置、圖像采集端和圖像處理端，所述支架裝置包括標尺和一個或多個水平儀，所述方法包括以下步驟
(1)將標尺置于待測量珊瑚個體附近，圖像采集過程中將標尺與待測量珊瑚的個體置于同一水平面上；
(2)保持所述一個或多個水平儀處于水平狀態(tài)；
(3)調(diào)整圖像采集端確保待測量珊瑚的個體與標尺成像清晰；
(4)確保待測量珊瑚個體置于圖像采集端的視野框的正中，然后進行圖像采集；
(5)通過圖像處理端對采集的圖像進行處理，通過標尺及標尺長度上的像素個數(shù)的比例，計算出待測量珊瑚個體的最長軸及垂直方向上的軸長度以及計算出待測量珊瑚個體的面積大小。所述一個或多個水平儀測量軸線相互成一夾角，所述一個或多個水平儀所在水平面與標尺所在水平面互相平行或重合。圖像采集過程中標尺和待測量珊瑚個體的最大橫截面處于同一水平面，或標尺所在水平面與待測量珊瑚個體的最大水平截面所在水平面互相平行，依據(jù)目測確定最大水平截面。計算待測量珊瑚個體的最長軸時，測量的軸線從珊瑚個體的邊緣經(jīng)過珊瑚個體的中心點到珊瑚個體另一邊緣，而測量垂直方向軸長度則是測量垂直于最長軸并通過中心點的軸線。計算待測量珊瑚個體的面積大小，先將采集的圖像放大到預(yù)定值，采用圖像處理軟件ImageJ，利用圖像上已知長度的物體確立長度標尺來測量同一圖像上直線的長度或某一區(qū)域的面積，也可以用其它類似圖像處理軟件。相對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)點
能夠大幅減少水下的操作時間，并且將復(fù)雜的水下操作簡化為簡單的拍照，將測量過程從水下轉(zhuǎn)為陸上的電腦操作，并同時保存了圖像資料。此外還能夠測量常規(guī)水下方法無法測量的珊瑚面積，并且測量時不用碰觸珊瑚個體，減少對珊瑚的傷害和影響。。


圖1為本發(fā)明珊瑚測量裝置的固定端的支架的示意圖； 圖2為本發(fā)明珊瑚測量方法的流程圖。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例及附圖對本發(fā)明進行詳細的描述。如圖1所示，本發(fā)明公開了一種珊瑚測量裝置，包括括圖像采集端、圖像處理端和固定端，所述圖像處理端與所述圖像采集端連接，用于處理獲取的圖像，所述固定端用于固定所述圖像采集端，所述固定端為一支架，支架上端設(shè)有固定圖像采集端的固定位1，下端設(shè)置有標尺2，第一水平儀3，第二水平儀4，所述標尺1用于作為待測量對象的對比物。本發(fā)明所提出的珊瑚個體大小及面積測量的裝置，具體如下
一種珊瑚測量裝置，所述裝置包括圖像采集端、圖像處理端和固定端，所述圖像處理端與所述圖像采集端連接，用于處理獲取的圖像，所述固定端用于固定所述圖像采集端，所述固定端為一支架，支架上端設(shè)有固定圖像采集端的固定位，下端設(shè)置有標尺和一個或多個水平儀，所述標尺用于作為待測量對象的對比物。所述標尺與支架之間為滑動連接，所述標尺用膠水固定連接在支架下部作為取景框的方框其水平面。所述水平儀包括第一水平儀和第二水平儀，所述第一水平儀和第二水平儀的測量軸線成一夾角，所述第一水平儀所在平面、第二水平儀所在水平面與標尺所在水平面互相平行或重合。所述圖像采集端固定位為一圓形螺孔，通過螺絲固定所述圖像采集端于所述固定位上。所述圖像采集端為水下數(shù)碼相機或者其他拍攝工具，所述圖像處理端為計算機。如圖2所示，本發(fā)明所提出的珊瑚個體大小及面積測量方法的流程圖。具體的測量操作如下步驟
步驟1將所用水下數(shù)碼相機安裝至如圖1所示的固定端上。步驟2水下相機架上要在底部的拍攝框邊固定有刻度清晰的標尺，另外要在拍攝框的兩個垂直框邊各固定一個平行于框邊的氣泡水平儀。步驟3拍攝時將要拍攝的珊瑚個體置于相機視野框的正中，并且要將固定端上的標尺與珊瑚個體的最大橫截面放置在同一水平面上。同時要保持兩個水平儀的氣泡都處于正中的位置。步驟4對焦時要確保珊瑚個體同標尺成像清晰，然后才可拍攝。步驟5利用有關(guān)的圖像軟件處理所獲得的數(shù)碼照片，通過以知長度的標尺及標尺長度上的像素個數(shù)的比例，可得推算出要測量的珊瑚個體的最長軸及垂直方向上的軸長度。步驟6測量珊瑚個體最長軸時，要盡量保證測量的軸線從珊瑚的邊緣經(jīng)過珊瑚個體的中心點到珊瑚個體另一邊緣，而測量垂直方向軸長度則是測量垂直于最長軸并通過中心點的軸線。步驟7同樣利用圖像軟件也可通過圈定照片上的珊瑚個體的范圍測量其面積大小，圈定在圖像上的珊瑚時要盡量保證圈定范圍要盡量貼近珊瑚邊緣。步驟1中在安裝相機至鋼架時要保證穩(wěn)固，相機在固定端上不會搖動。所采用的相機所用鏡頭不能為廣角鏡頭、魚眼鏡頭或其他形成影像會產(chǎn)生明顯形變的鏡頭。相機拍照時照片的分辨率越高，測量時精度越高。
步驟2中所述的鋼架上的標尺并非一定是有刻度的尺子，也可為在拍照所得的照片中完全顯示出來的已知精確長度的物體或記號。步驟5中的圖像處理軟件可以是免費圖像處理軟件ImageJ，其功能有利用圖像上已知長度的物體確立長度標尺來測量同一圖像上直線的長度或某一區(qū)域的面積，也可以用其它類似圖像處理軟件。步驟6、7中利用軟件在電腦上測量時應(yīng)將照片放大到合適大小，測量時圖像過小
會增加測量誤差。按照上述方法對不同長度的物體在水下進行拍照測量，并比較其測量結(jié)果同物體實際長度間的差異。物體大小事先由游標卡尺重復(fù)測量三次，將其平均值作為其實際長度。 然后將物品帶入海水，在平坦的海底將物品水平放置，再進行拍攝，每個物品拍攝三次。上水后，將所得照片導(dǎo)入電腦中并用軟件進行測量。得到的測量結(jié)果的平均值及誤差如下表所示
水下攝影法測量長度(cm)游標卡尺測量長度(cm)平均誤差(％)19. 4619. 98-2. 6114. 8315. 01-1. 2410. 0710. 10-0. 297. 627. 610. 120. 230. 24-1. 98
表1.水下測量法的獲得的結(jié)果及誤差
從表1中可知，水下測量法的誤差范圍在2. 61-0. 12%間，在物體較大(>15cm)及較小 (<0. 23cm)時誤差變大，在中間范圍時誤差在1%以下。由于移植珊瑚個體多在3-lOcm間大小，所以此方法對于珊瑚長度監(jiān)測的誤差不超過1%，此精度足以滿足珊瑚監(jiān)測的需要。此方法有效的縮短了水下測量時所需要的時間，減少了水下操作的工作量及水下工作的風險。
權(quán)利要求
1.一種珊瑚測量裝置，其特征在于，所述裝置包括圖像采集端、圖像處理端和固定端， 所述圖像處理端與所述圖像采集端連接，用于處理獲取的圖像，所述固定端用于固定所述圖像采集端，所述固定端為一支架，支架上端設(shè)有固定圖像采集端的固定位，下端設(shè)置有標尺和一個或多個水平儀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的珊瑚測量裝置，其特征在于，所述標尺與支架之間為滑動連接或固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的珊瑚測量裝置，其特征在于，所述水平儀包括第一水平儀和第二水平儀，所述第一水平儀和第二水平儀的測量軸線成一夾角，所述第一水平儀所在平面、第二水平儀所在平面與標尺所在平面互相平行或重合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的珊瑚測量裝置，其特征在于，所述圖像采集端固定位為一圓形螺孔，所述圖像采集端通過螺絲固定于所述固定位上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4所述的珊瑚測量裝置，其特征在于，所述圖像采集端為水下數(shù)碼相機，所述圖像處理端為計算機。
6.一種珊瑚測量方法，包括支架裝置、圖像采集端和圖像處理端，所述支架裝置包括標尺和一個或多個水平儀，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)將標尺置于待測量珊瑚個體附近，圖像采集過程中將標尺與待測量珊瑚的個體置于同一水平面上；(2)保持所述一個或多個水平儀處于水平狀態(tài)；(3)調(diào)整圖像采集端確保待測量珊瑚的個體與標尺成像清晰；(4)確保待測量珊瑚個體置于圖像采集端的視野框的正中，然后進行圖像采集；(5)通過圖像處理端對采集的圖像進行處理，通過標尺及標尺長度上的像素個數(shù)的比例，計算出待測量珊瑚個體的最長軸及垂直方向上的軸長度以及計算出待測量珊瑚個體的面積大小。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的珊瑚測量方法，其特征在于，所述一個或多個水平儀測量軸線相互成一夾角，所述一個或多個水平儀所在水平面與標尺所在水平面互相平行或重合。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的珊瑚測量方法，其特征在于，圖像采集過程中標尺和待測量珊瑚個體的最大水平截面處于同一水平面。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的珊瑚測量方法，其特征在于，計算待測量珊瑚個體的最長軸時，測量的軸線從珊瑚個體的邊緣經(jīng)過珊瑚個體的中心點到珊瑚個體另一邊緣，而測量垂直方向軸長度則是測量垂直于最長軸并通過中心點的軸線。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的珊瑚測量方法，其特征在于，計算待測量珊瑚個體的面積大小時，先將采集的圖像放大到預(yù)定值，采用圖像處理軟件，利用圖像上已知長度的物體確立長度標尺來測量同一圖像上直線的長度或某一區(qū)域的面積。
全文摘要
一種珊瑚測量裝置及其測量方法，所述裝置包括圖像采集端、圖像處理端和固定端，所述圖像處理端與所述圖像采集端連接，用于處理獲取的圖像，所述固定端用于固定所述圖像采集端，所述固定端為一支架，支架上端設(shè)有固定圖像采集端的固定位，下端設(shè)置有標尺和一個或多個水平儀，能夠大幅減少水下的操作時間，并且將復(fù)雜的水下操作簡化為簡單的拍照，將測量過程從水下轉(zhuǎn)為陸上的電腦操作，并同時保存了圖像資料。此外還能夠測量常規(guī)水下方法無法測量的珊瑚面積，并且測量時不用碰觸珊瑚個體，減少對珊瑚的傷害和影響。
文檔編號A01K67/033GK102379261SQ20111021601
公開日2012年3月21日 申請日期2011年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月30日
發(fā)明者尤豐, 張成龍, 張浴陽, 楊劍輝, 黃暉, 黃潔英 申請人:中國科學院南海海洋研究所