10.11975/j.issn.1002-6819.202211189
树木年轮信息解析系统研制与试验
树木年轮信息在树木年代学、气候学、生态学、灾害学和环境学等领域研究中有重要的作用.为准确、快速地获取树木年轮信息,降低工作强度和操作复杂度,该研究设计了一种树木年轮信息解析系统.该系统在硬件上进行了机电一体化设计,主要包含滑台模组、旋转编码器、步进电机、置物台、手轮、工业相机、控制箱、光学显微镜、电脑等组件,基于C#语言和OpenCvSharp工具包设计上位机,所设计的上位机软件通过与工业相机、采集器和控制器通信来实现对年轮信息采集、处理和存储,实现位置计算、电机控制和图像识别.系统设计了2种方法进行年轮信息解析:1)电子显微定位法.在常规显微定位法的基础上,基于旋转编码器和螺旋测距法感知滑台线性位移进而实现年轮宽度测量,并使用工业相机和显示器代替传统显微镜来判读年轮线,最后可生成年轮解析图表;2)图机辅助法.在电子显微法的基础上,结合图像识别与电机控制算法进行改进.为验证系统的年轮宽度测量精度、年轮线识别准确率和解析效率,以传统显微镜和光学标定板作为参照工具,采集油松、落叶松、杨树、白桦4个树种的木芯样品进行试验.试验结果表明:在年轮宽度测量精度上,电子显微定位法和图机辅助法的平均绝对误差分别为5.68和7.84μm,均方根误差分别为6.31和8.62μm,满足国家标准;在年轮线识别上,油松、落叶松、杨树、白桦4个树种的准确率分别为83.3％、93.7％、55.0％和68.3％,针叶树种组、阔叶树种组的平均召回率分别为96.4％和72.6％,能够辅助判读年轮线;在解析效率上,平均每个年轮采集耗时为电子显微定位法1.58 s、图机辅助定位法1.24 s,分别比显微定位法(1.94 s)提高了约19％和36％.综合而言,该系统实用性强、精度高、效率高,工作疲劳度低、成本低(<1万元),在多个学科领域中具有推广应用前景.
解析、测量、树木年轮、旋转编码器、上位机
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S758.7(森林经营学、森林计测学、森林经理学)
海南省重点研发计划项目;北京林业大学科技创新计划项目;国家自然科学基金
2023-05-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
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