植物冠層數字圖像分析儀使用方法及原理介紹

    托普云農000植物冠層數字圖像分析儀由LAI-2070控制器和LAI-2050傳感器兩部分構成。LAI-2050傳感器主要的構成部分包括：魚眼鏡頭：半球型市場（74°）；反射鏡：反射魚眼鏡頭接收的光；濾光鏡：zui小化樹葉散射光的貢獻；系列透鏡；硅光敏圓環：從中心向外分為5個環形，張開的角度分別為7°、23°、38°、53°、68°；LAI-2070控制器包含了測量和計算結果必要的電子元件和64kB的文件存儲空間，以及一個可顯示兩個數據的液晶顯示屏控制器有5個接口，其中有2個LAI-2050傳感器接口（X,Y）、2個BNC接口（1,2）和1個與計算機通訊用的RS-232接口。LAI-2070控制器由6個電池驅動，可持續工作260小時。除此之外，000還有一系列的觀察帽，用于在一定情況下限制傳感器的視域。

    工具軟件：基于Windows平臺的FV2000軟件和基于DOS的1000-90和2000-90，用于從LAI-2070控制器下載、瀏覽、分析數據，并計算結果。

000植物冠層數字圖像分析儀測量原理：

    當光線透過植物冠層時，由于受到葉片和枝干的阻攔，輻射強度會迅速消減。根據其消減程度就可推算出植物的葉量。000便是依據此原理，通過測量植被冠層以上（A）和植被冠層以下（B）5個角度的透射光線，利用植被樹冠的輻射轉移模型, 計算LAI。000測量一次至少包括10個數據：傳感器置于冠層上方的5個數據和傳感器置于冠層下方的5個數據。這兩組數據測量時，傳感器都要水平朝上放置。通過這兩組相應數據相除就可計算出5個冠層透射率值。

000植物冠層數字圖像分析儀測量的假設條件：

    1 葉片不透光，且無反射：假設冠層下的讀值不包括任何葉片反射或透射的光線。LAI-2050探頭波長范圍320-490nm，過濾了波長大于490nm的光線。因為在低于490nm區域的光線受葉片反射及透射射作用zui小。這使得葉簇在天空背景下是黑色的，從而滿足了前題假設。

    2 葉片排列是隨機的：不同的冠層有不同的形狀，可能是條狀（條播作物）、橢圓體（單一植株）、巨大的正方體（草地）或者是有孔的大正方體（充滿林隙的落葉林）。在這些不同形狀的空間中葉片分布是隨機的。

    3 葉片面積相對每環的觀測范圍是很小的：即探頭與zui近葉片的距離應至少為葉片寬度的4倍。

    4 葉片的位置分布是隨機的：不管葉片如何傾斜，只要所有葉片不是朝向同一角度即可。用廣視角進行測量時這種假設基本是得到滿足的。

000植物冠層數字圖像分析儀測量時其他注意事項；

    1 遮蓋帽的用途

    從傳感器的視野中去除太陽；從視野中去除操作者的影響；天空亮度不均勻；冠層內有明顯的空隙；減小對測量樣地尺寸的需要；減小了森林內必需的空地尺寸。

    2 斜坡的影響

    應該使傳感器保持與斜坡相匹配，而不是實際的水平。

    3 樣地尺寸的影響

    如果樣地尺寸太小，要注意保證傳感器的視野范圍是冠層高度的3倍，可以采用去除第5個環的數據來解決這個問題，也可以采用觀察帽的方法。

    4 光線的需求

    直射的陽光：應盡可能避免直射的陽光，盡量在日出日落時或多云的天氣進行測量，如果避免不了，那么需要注意：使用270度的遮蓋帽或更小的視野遮蓋帽；背對陽光進行測量，遮擋住日光和操作者本身；對植物冠層進行遮陰處理；天空云分布不均勻導致光線不均勻的天氣條件：等待云彩飄過并遮擋了陽光時再進行測量。適宜光線條件：均勻的陰天或者散射光照下才能測量。zui易找到合適的測量時間往往是黎明之前和日落之后的瞬間。作為一般原則，如果可以看到地上的影子或者林冠上有陽光照射的葉子，這時的天空的光照條件就沒有滿足。

    5 葉片與傳感器的距離限制

    一個葉片與傳感器的距離是重要的，太近將導致測量的誤差。簡單的計算方法是根據采用的遮蓋帽的角度來得到距離因子參數，再除以B值的重復次數，再乘以葉片的寬度，即得到zui小需要的距離了。如果距離無法縮小，可以考慮增加重復次數來解決這個問題。    6 冠層內的空隙（林窗）

    由于LAI是空隙比例的對數，那么的情況是取對數后進行平均，而不是平均后取對數。如果一個視野內既有稠密的冠層又有稀疏的冠層，那么采用遮蓋帽來減少其同時出現在同一視野的可能（這樣將導致對葉面積指數的低估）。