一种基于水敏试纸定量的测量方法和系统与流程

本发明涉及精准施药技术领域，尤其涉及一种基于水敏试纸定量的测量方法和系统；

背景技术：

近年来，随着智能化技术在农业应用领域的发展，目前有许多的智能化农业机械正逐步取代传统的手工劳作方式。对于施药机器而言，施药的精度显得尤为关键，施药机在喷洒药物的过程中药液能否准确的落在农作物的表面对于农作物健康成长至关重要。而目前在研究测量移动喷雾雾滴沉积领域常常采取油膜法和水敏试纸两种方法。油膜法常采用显微镜对雾滴沉积量进行观察和计数，而油膜法工作强度大，且易出现由于工作人员误数而造成实验结果的误差；所以对于喷雾雾滴沉积的计数常采用水敏试纸的方法。而水敏试纸方法常采用基于图像识别并完成数据统计的检测方法，进行雾滴测量。

在用图像检测水敏试纸的过程中，常常会因为光源的选择、光照的均匀性、图像中杂质的处理和图像中雾滴的重叠等原因造成雾滴检测结果的不准确。

技术实现要素：

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种基于水敏试纸定量的测量方法和系统；

本发明提出的一种基于水敏试纸定量的测量方法，包括：

S1、对水敏试纸的预设区域进行图像采集，得到目标图像；

S2、对目标图像进行分割，得到二值化图像；

S3、对二值化图像中雾滴数量进行统计，得到初步雾滴；

S4、通过置信区间和可信度法对初步雾滴进行雾滴重叠分析，得到最终雾滴。

优选地，在步骤S1中，对水敏试纸的预设区域进行图像采集之前，还包括：通过预设光源对水敏试纸进行照射。

优选地，步骤S2，具体包括：通过灰度阈值化法对目标图像进行分割，得到二值化图像。

优选地，步骤S3，具体包括：通过四连通区域图像块统计法对二值化图像中雾滴数量进行统计，得到初步雾滴。

优选地，步骤S4，具体包括：

S41、预设置信度P＝99.5％，则计算σ²的1-α的置信区间为：

其中，x＝[x1，x2…xn]表示每个初步雾滴的面积，且x符合为方差，s为标准差；

S42、当时，重叠雾滴数为3；

当时，通过主成分分析法求解雾滴长径方向上倍数记为a；

在短径方向上等分L等分，每一等分面积与比值取整，记为hi；则雾滴重叠数为其中，为重叠雾滴粒径；

S43、根据计算雾滴面积为D＝[d1,d2,…,dm]，雾滴面积均值其中，m＝i-n+h，根据测量得到的雾滴平均粒径为DV50，得到比DV50小的占总体积为50％的粒径，雾滴覆盖率

S44、根据初步雾滴数量、重叠雾滴数和雾滴覆盖率，得到最终雾滴。

一种基于水敏试纸定量的测量系统，包括：

光源照射模块，用于通过预设光源对水敏试纸进行照射；

图像采集模块，用于对水敏试纸的预设区域进行图像采集，得到目标图像；

第一处理模块，用于对目标图像进行分割，得到二值化图像；

第二处理模块，用于对二值化图像中雾滴数量进行统计，得到初步雾滴；

第三处理模块，用于通过置信区间和可信度法对初步雾滴进行雾滴重叠分析，得到最终雾滴。

优选地，所述第一处理模块，具体用于：通过灰度阈值化法对目标图像进行分割，得到二值化图像。

优选地，所述第二处理模块，具体用于：通过四连通区域图像块统计法对二值化图像中雾滴数量进行统计，得到初步雾滴。

优选地，所述第三处理模块，具体用于：

预设置信度P＝99.5％，则计算σ²的1-α的置信区间为：

其中，x＝[x1，x2…xn]表示每个初步雾滴的面积，且x符合为方差，s为标准差；

当时，重叠雾滴数为3；

当时，通过主成分分析法求解雾滴长径方向上倍数记为a；

在短径方向上等分L等分，每一等分面积与比值取整，记为hi；则雾滴重叠数为其中，为重叠雾滴粒径；

根据计算雾滴面积为D＝[d1,d2,…,dm]，雾滴面积均值其中，m＝i-n+h，根据测量得到的雾滴平均粒径为DV50，得到比DV50小的占总体积为50％的粒径，雾滴覆盖率

根据初步雾滴数量、重叠雾滴数和雾滴覆盖率，得到最终雾滴。

优选地，还包括显示模块，分别与第一处理模块、第二处理模块和第三处理模块连接，显示模块用于向用户展示二值化图像、初步雾滴和最终雾滴。

本发明通过对水敏试纸的预设区域进行图像采集，得到目标图像，对目标图像进行分割，得到二值化图像，对二值化图像中雾滴数量进行统计，得到初步雾滴，通过置信区间和可信度法对初步雾滴进行雾滴重叠分析，得到最终雾滴，如此，针对雾滴在沉积后对于雾滴的检测，减少杂散光以及杂志的干扰，并对图像处理得到的雾滴在水敏试纸雾滴粒径估算结果，最终实现基于水敏试纸雾滴径的半定量图像检测，减少误差，提高雾滴检测效率。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于水敏试纸定量的测量方法的流程示意图；

图2为本发明提出的一种基于水敏试纸定量的测量系统的模块示意图。

具体实施方式

参照图1，本发明提出的一种基于水敏试纸定量的测量方法，包括：

步骤S1，对水敏试纸的预设区域进行图像采集，得到目标图像，在对水敏试纸的预设区域进行图像采集之前，还包括：通过预设光源对水敏试纸进行照射。

在具体方案中，采用一组光源为450-455nm波长的蓝色LED灯珠组成圆周阵列光源作为预设光源对水敏试纸进行照射，实现图像本底与目标图像块的有效区分，再通过相机和滤光片对水敏试纸的预设区域进行图像采集，得到目标图像。

步骤S2，对目标图像进行分割，得到二值化图像，具体包括：通过灰度阈值化法对目标图像进行分割，得到二值化图像。

在具体方案中，对目标图像进行分割处理，采用的是灰度阈值化方法。

步骤S3，对二值化图像中雾滴数量进行统计，得到初步雾滴，具体包括：通过四连通区域图像块统计法对二值化图像中雾滴数量进行统计，得到初步雾滴。

在具体方案中，得到二值化图像后，采取四连通区域图像块统计方法对二值化图像中雾滴的数量进行统计。

步骤S4，通过置信区间和可信度法对初步雾滴进行雾滴重叠分析，得到最终雾滴，具体包括：

S41、预设置信度P＝99.5％，则计算σ²的1-α的置信区间为：

其中，x＝[x1，x2…xn]表示每个初步雾滴的面积，且x符合为方差，s为标准差；

S42、当时，重叠雾滴数为3；

当时，通过主成分分析法求解雾滴长径方向上倍数记为a；

在短径方向上等分L等分，每一等分面积与比值取整，记为hi；则雾滴重叠数为其中，为重叠雾滴粒径；

S43、根据计算雾滴面积为D＝[d1,d2,…,dm]，雾滴面积均值其中，m＝i-n+h，根据测量得到的雾滴平均粒径为DV50，得到比DV50小的占总体积为50％的粒径，雾滴覆盖率

S44、根据初步雾滴数量、重叠雾滴数和雾滴覆盖率，得到最终雾滴。

在具体方案中，利用统计学的置信区间概念并用引入可信度的方法对雾滴重叠进行分析，去除误差并对重叠点并进行雾滴重叠数估算，根据初步雾滴数量、重叠雾滴数和雾滴覆盖率，得到最终雾滴。

参照图2，本发明提出的一种基于水敏试纸定量的测量系统，其特征在于，包括：

光源照射模块，用于通过预设光源对水敏试纸进行照射。

图像采集模块，与光源照射模块连接，图像采集模块用于对水敏试纸的预设区域进行图像采集，得到目标图像。

在具体方案中，采用一组光源为450-455nm波长的蓝色LED灯珠组成圆周阵列光源作为预设光源对水敏试纸进行照射，实现图像本底与目标图像块的有效区分，再通过相机和滤光片对水敏试纸的预设区域进行图像采集，得到目标图像。

第一处理模块，与图像采集模块连接，第一处理模块用于对目标图像进行分割，得到二值化图像，具体用于：通过灰度阈值化法对目标图像进行分割，得到二值化图像。

在具体方案中，对目标图像进行分割处理，采用的是灰度阈值化方法。

第二处理模块，与第一处理模块连接，第二处理模块用于对二值化图像中雾滴数量进行统计，得到初步雾滴，具体用于：通过四连通区域图像块统计法对二值化图像中雾滴数量进行统计，得到初步雾滴。

在具体方案中，得到二值化图像后，采取四连通区域图像块统计方法对二值化图像中雾滴的数量进行统计。

第三处理模块，与第二处理模块连接，第三处理模块用于通过置信区间和可信度法对初步雾滴进行雾滴重叠分析，得到最终雾滴，具体用于：

预设置信度P＝99.5％，则计算σ²的1-α的置信区间为：

其中，x＝[x1，x2…xn]表示每个初步雾滴的面积，且x符合为方差，s为标准差；

当时，重叠雾滴数为3；

当时，通过主成分分析法求解雾滴长径方向上倍数记为a；

在短径方向上等分L等分，每一等分面积与比值取整，记为hi；则雾滴重叠数为其中，为重叠雾滴粒径；

根据计算雾滴面积为D＝[d1,d2,…,dm]，雾滴面积均值其中，m＝i-n+h，根据测量得到的雾滴平均粒径为DV50，得到比DV50小的占总体积为50％的粒径，雾滴覆盖率

根据初步雾滴数量、重叠雾滴数和雾滴覆盖率，得到最终雾滴。

在具体方案中，利用统计学的置信区间概念并用引入可信度的方法对雾滴重叠进行分析，去除误差并对重叠点并进行雾滴重叠数估算，根据初步雾滴数量、重叠雾滴数和雾滴覆盖率，得到最终雾滴。

显示模块，分别与第一处理模块、第二处理模块和第三处理模块连接，显示模块用于向用户展示二值化图像、初步雾滴和最终雾滴。

在具体方案中，显示模块为显示器，用于展示二值化图像、初步雾滴和最终雾滴。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。