林木冠层结构参数是生态环境评估、碳汇测量、植被生长研究的重要依据,林木冠层结构参数的获取方法有很多,其中图像法是获取林木冠层结构参数的重要途径,分割林木冠层半球图像是图像法的关键步骤,图像分割方法的选择和获取图像时植被的反光,对图像分割结果的准确性具有重要的影响,且商用冠层半球图像采集设备昂贵,针对这些问题,本文的研究内容如下：(1)植被反光现象使图像局部过亮,严重影响图像的分割精度,针对这一问题提出了消除图像反光的图像处理方法,并对去反光图像与未去反光图像进行同种方法的分割实验,对比实验结果,分析去反光处理的重要作用。(2)应用传统的边缘检测法、阈值法、区域生长法分割冠层半球图像,比较实验结果,分析不同分割方法的优点和不足,将密度统计方法、最大化最小距离法与K均值聚类方法相结合,改进了K均值聚类算法,应用改进后的K均值聚类算法分割冠层半球图像,比较分割结果的精确度,分析分割方法的耗时长短。(3)为进一步提高冠层半球图像分割精度,将粒子群算法与调和K均值算法相结合,对调和K均值算法进行改进,应用改进后的调和K均值算法对冠层半球彩色图像进行分割实验,对实验结果进行分析,比较分割方式对耗时长短的影响。(4)设计了冠层半球图像采集装置的硬件结构,使用舵机带动机械结构运动,控制相机的拍照位置和角度,绘制了电路原理图；设计了机械运动控制与图像采集上位机,可通过上位机进行运动控制和拍照,制作了图像处理软件界面,用于图像预处理和图像分割,并将本文图像处理方法进行实现。