一種霧滴分布均勻度的檢測方法

2024-04-05 14:07:05

專利名稱：：一種霧滴分布均勻度的檢測方法
技術領域：
：本發明涉及自動檢測技術，特別是一種噴霧裝置噴灑時霧滴分布均勻度的檢測方法。
背景技術：
：霧滴分布均勻度是評價噴霧質量的主要指標之一，現有的測定方法主要有四種(見中華人民共和國機械行業標準JB/T9782-1999植保機械通用試驗方法)。其中的紙卡法是採用3X5cn^的毫米格紙，噴霧液用清水加1%(重量比)黑色染料配成，將紙卡水平夾持在0.15-lm高的支架上，在霧流範圍內沿射程方向和噴幅方向，將其間隔(不大於0.5m)或連續排列，噴霧時間2-3s，噴後用放大鏡在紙卡上人工觀察計數，在3cn^面積上統計霧滴總數，或用分光光度計測量其上的染料含量。這種人工計數或測量染料含量的方法，不僅效率低下，而且測量精確度不高。傳統的霧滴分布均勻度是以統計單位面積上沉積的霧滴數量，也就是霧滴覆蓋密度(單位為個/cm2)來確定的。而霧滴覆蓋密度和霧滴大小密切相關，在單位面積上噴施藥液量固定的條件下，霧滴直徑大小與霧滴覆蓋密度反相關，即霧滴直徑愈小，霧滴覆蓋密度愈大。霧滴覆蓋密度可反映霧滴大小，反映霧化效果，但反映霧滴分布均勻性的特徵不顯著。也可以用霧滴譜來反映霧滴分布均勻度。霧滴譜定義為以霧滴直徑為坐標橫軸，用累積數量分布百分數作為坐標縱軸(它是指小於某個直徑的所有霧滴的數量佔全部霧滴數量的百分數)，或用累積體積分布百分數作為坐標縱軸(它是指小於某個直徑的所有霧滴的體積佔全部霧滴體積的百分數)，繪製的曲線圖。由於標準方法取樣面積小，霧滴譜不能全面反映霧滴分布均勻度；若取樣面積大，人工統計則很困難。
發明內容技術問題在於提供一種霧滴分布均勻度的檢測方法，本發明能全面、準確、高效的檢測霧滴分布均勻度，克服了現有技術取樣面積小、人工統計難、不能全面反映霧滴分布均勻度的缺陷。為達到上述目的，本發明提供的霧滴分布均勻度的檢測方法，用於噴霧機噴霧試驗中對霧滴均勻度的檢測，該方法包括噴霧霧滴收集步驟，用銅版紙收集噴霧機的噴霧霧滴；霧滴圖像採集步驟，用數碼圖像採集裝置採集所述銅版紙上收集的噴霧霧滴的圖像；計算機獲取霧滴圖像信息並進行圖像處理的步驟，所述數碼圖像採集裝置傳輸所述霧滴圖像信息送到計算機進行圖像處理；霧滴分布均勻度獲取步驟，根據所述圖像處理的結果獲取霧滴圖像的霧滴個數和面積信息，再以此獲取霧滴分布均勻度。上述霧滴分布均勻度的檢測方法，所述計算機獲取霧滴圖像並進行圖像處理的步驟進一步包括步驟A，所述計算機從所述數碼圖像採集裝置獲取霧滴原始彩色圖像；步驟B，將所述計算機獲取的原始彩色圖像轉換為灰度圖像；步驟C，修正所述灰度圖像；步驟D，將所述修正後灰度圖像轉換為二值霧滴圖像，進行霧滴和銅版紙背景分割；步驟E，對所述二值霧滴圖像進行孔洞填充和粘連霧滴分割並形成最終霧滴分割圖。上述霧滴分布均勻度的檢測方法，所述霧滴圖像中面積在200像素以上的霧滴為粘連霧滴，所述粘連霧滴包括左右粘連霧滴和上下粘連霧滴。上述霧滴分布均勻度的檢測方法，對所述粘連霧滴進行分割採用雙向掃描法。上述霧滴分布均勻度的檢測方法，所述雙向掃描法是先從所述粘連霧滴圖像的左上角開始進行水平掃描對所述左右粘連霧滴進行分割，再從左下角開始進行垂直掃描對所述上下粘連霧滴進行分割。上述霧滴分布均勻度的檢測方法，在所述雙向掃描過程中，當掃描線中的躍變點為先從0到255，再從255到0躍變時，該點為霧滴邊界頂點；當掃描線中的躍變點為從0到255躍變時，該點為霧滴左邊界點或下邊界點；當掃描線中的躍變點為從255到0躍變時，該點為霧滴右邊界點或上邊界點；當掃描線中的躍變點為先從255到0，再從0到255躍變時，該點為霧滴粘連點；連接兩個相連通的所述霧滴粘連點的直線即為粘連區域的分割線。上述霧滴分布均勻度的檢測方法，所述霧滴分布均勻度獲取步驟進一步包括步驟F，獲取所述霧滴分割圖中單位面積內的霧滴個數和面積；步驟G，獲取所述霧滴分割圖中單位面積內霧滴的覆蓋面積，並統計出整幀圖像的霧滴覆蓋面積直方圖，據此求出所述霧滴分布均勻度。上述霧滴分布均勻度的檢測方法，所述步驟F中，所述獲取單位面積內的霧滴個數和面積是採用行程快速標記算法。上述霧滴分布均勻度的檢測方法，所述行程快速標記算法是先從從左上角到右下角逐行掃描，若在第j行中有一段像素值為"1"的連續像素，則把該段賦予一個行程；然後，根據八近鄰像素的連通性，從圖像的左上角向右下方，合併連通的行程；再根據八近鄰像素的連通性，從圖像的右下角向左上方合併連通的行程。最終的標記結果為對每個不連通的區域給以從1，2，…m不同的標號，該區域的面積即為其像素數。上述霧滴分布均勻度的檢測方法，所述步驟G中，把整幀視場為10X10cm2、像素為1920X1920的分割圖像，平均分為100個1Xlcm2、像素為192X192的單元圖像，單元圖像的標號從左到右，從上到下由1，2…n進行標註。所述單元圖像中霧滴的覆蓋面積通過下述兩個公式計算獲得式中/=1，2/",";表示整幀10X10cm2圖像中各個lXlcm2單元圖像區("=100);"l,2，…,m;表示每個1CI^單元圖像區內霧滴的個數；4~一表示lC!^單元圖像區內第j個霧滴的像素麵積(單位像素)；仏——表示每個1CI^單元圖像區中霧滴的覆蓋面積(單位像素)；f——表示整幀圖像的霧滴覆蓋面積的平均值(單位像素)；上述霧滴分布均勻度的檢測方法，其特徵在於，所述步驟G中，所述的霧滴分布均勻度通過如下公式計算-formulaseeoriginaldocumentpage7;表示整幀10X10cm2圖像中各個1Xlcm2單元圖像區("=100);《,——表示每個lcr^單元圖像區中霧滴的覆蓋面積；f——表示整幀圖像的霧滴覆蓋面積的平均值；C一表示儀器檢測的霧滴覆蓋面積的克裡斯琴森均勻度係數。與現有技術相比，本發明的霧滴均勻度檢測方法與現有技術霧滴圖像取樣方法上基本相同，但取樣面積為10X10cm2，在霧滴圖像識別方面，採用數字圖像自動識別技術並採用霧滴面積分布統計特徵分析技術檢測霧滴分布均勻度，實現了噴霧霧滴分布均勻度的全面、準確、自動以及高效檢測。圖1是本發明的霧滴分布均勻度的檢測方法流程圖；圖2是本發明實施例數字圖像處理的流程原理框圖；圖3是本發明實施例採用計算機對採集到的霧滴圖像進行處理的流程圖；圖4A是水平掃描分割粘連霧滴的示意圖；圖4B是垂直掃描分割粘連霧滴的示意圖；圖4C是圖4A水平掃描分割粘連霧滴的算法流程圖；圖5是本發明實施例霧滴分布均勻度的檢測裝置示意圖。具體實施方式為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解的是，以下描述僅用以解釋本發明，但並不作為對本發明的限制。圖1是本發明檢測方法的流程圖，參考圖1，該霧滴分布均勻度的檢測方法包括以下步驟步驟Sll，用銅版紙收集噴霧機的噴霧霧滴；步驟S12，用數碼圖像採集裝置(可以是數位相機)採集所述銅版紙上收集的霧滴圖像；步驟S13，所述數碼圖像採集裝置傳輸所述霧滴圖像信息送到計算機進行圖像處理，這裡的傳輸方式可採用USB接口、藍牙或紅外等標準接口方式。步驟S14，根據所述圖像處理的結果獲取霧滴圖像的霧滴個數和面積信息，再據此獲取霧滴分布均勻度。上述步驟Sl1，在本實施例中，噴霧試驗時噴霧霧滴的收集採用10X10cm2大小銅版紙，噴霧液用清水加1%(重量比)黑色染料配成，將紙卡水平夾持在lm高的支架上，在霧流範圍內沿射程方向和噴幅方向，將其間隔30cm排列，噴霧時間2s。上述步驟S13中，所述計算機對獲取的每幀圖像，根據霧滴的數量和面積分布特徵，利用數字圖像處理技術進行處理分析。如圖2所示為數字圖像處理採用處理軟體的流程原理框圖。進一步參考圖2和圖3，所述步驟13進一步包括以下步驟步驟S130，對計算機所獲取的24bitRGB原始彩色圖像，根據灰度指標Gray=(G+R+B)/3，轉換為8bit的灰度圖像；步驟S131，運用直方圖修正法，改善灰度圖像中目標霧滴和背景銅版紙的灰度差異；步驟S132，運用窗口為3X3大小的高斯濾波方法，濾除圖像噪聲；步驟S133，運用Otsu類間方差法將8bit的灰度圖像轉換為二值圖像，霧滴為前景(白色)，銅版紙為背景(黑色)；步驟S134，對二值化後的霧滴進行孔洞填充和粘連霧滴的分割；上述步驟S131中所述的直方圖修正法是通過一個灰度映射函數Gnew=F(G。ld)，將原灰度直方圖改造成你所希望的直方圖。直方圖均衡化是一種最常用的直方圖修正。它是把給定圖象的直方圖分布改造成均勻直方圖分布。由信息學的理論來解釋，具有最大熵(信息量)的圖象為均衡化圖象。該直方圖修正法屬於圖像處理領域的常用技術，在此不在贅述。可參考賈雲得編著的《機器視覺》。上述步驟S132中所述的高斯濾波方法採用的高斯濾波器是一類根據高斯函數的形狀來選擇權值得線性平滑濾波器，對去除服從正態分布得噪聲是很有效的。Gauss模板考慮了距離某點越近的點，對該點灰度值影響越大的思想:引入了加權係數，一般也採用3X3鄰域，它的模板算子見下式16121242121該高斯濾波法屬於圖像處理領域的常用技術，並非本發明之要點所在，在此不再贅述，可參考賈雲得編著的《機器視覺》。上述步驟S133中所述的Otsu類間方差法是由Otsu提出的類間方差法是一種受到廣泛關注的閾值選取方法，該方法又稱為大津閾值分割法，是在判決分析最小二乘法原理的基礎上推導得出的，算法較為簡單。該算法也非本發明之要點所在，在此不在贅述。所述步驟S134中的對霧滴進行孔洞填充運用種子填充方法。對粘連霧滴的分割採用雙向掃描法。種子填充方法，是在被填充的區域中預先設置一個種子像素，然後以該像素為起點，按四向算法或八向算法搜索下一個像素，由此出發蔓延直到找到區域內所有像素；該方法也非本發明之要點所在，在此不再贅述。所述步驟S134中的對粘連霧滴的分割採用雙向掃描法。首先運用行程快速標記算法標記二值圖像中的各個霧滴並記錄各自的面積。參考下表(a)、(b)、(c)、(d)，簡單說明行程快速標記算法的區域標記。其中(a)為原始圖像，(b)為行掃描行程，(c)正向合併連通行程，(d)反向合併連通行程。tableseeoriginaldocumentpage9快速行程標記算法的步驟如下-(1)行掃描行程:從左上角到右下角逐行掃描如表上(a)所示的二值圖像(前景為i，背景為o)，如在第j行中有一段像素值為"r的連續像素f(i，j)f(kj)，則把該段賦予一個行程，如上表(b)所示。(2)正向合併行程根據八近鄰像素的連通性，從圖像的左上角向右下方，合併連通的行程，結果如上表(C)所示。(3)反向合併行程根據八近鄰像素的連通性，從圖像的右下角向左上方合併連通的行程，結果如上表(d)所示。根據標記後霧滴圖像中霧滴的面積，採用面積區域方法把二值化以後的圖像(霧滴為白色，像素值為255;銅版紙背景為黑色，像素值為0)，分為如下2個子圖像(1)面積小於200像素的子圖像Sublmagel;(2)面積在200像素以上的子圖像Sublmage2;子圖像Sublmagel中的霧滴基本不存在粘連現象，保存該圖像不予處理。而子圖像Sublmage2中的霧滴存在粘連現象，進行下一步的粘連分割處理。參考圖4A和圖4B，分別是水平掃描和垂直掃描分割粘連霧滴的示意圖，如圖所示，粘連霧滴總體上有左右粘連和上下粘連兩種情況，如圖4A為左右粘連，圖4B為上下粘連，這裡背景銅版紙的像素值為0，目標霧滴的像素值為255。如圖4A,從圖像的左上角開始，逐行水平掃描圖像，分割左右粘連的霧滴；如圖4B，從圖像的左下角開始，逐列垂直掃描圖像，分割上下粘連的霧滴。雙向掃描分割粘連區域是根據每條掃描線中的躍變點(左右鄰點間255和O之間的變換)來確定粘連部分，水平掃描流程圖如圖4C所示，垂直掃描與水平掃描流程相似，只是掃描方向的改變。具體思路如下-(1)當掃描線中的躍變點為先從0到255，再從255到0躍變時，該點為霧滴邊界頂點D(x,y);(2)當掃描線中的躍變點為從0到255躍變時，該點為霧滴左邊界點L(x，y)或下邊界點B(x,y);(3)當掃描線中的躍變點為從255到0躍變時，該點為霧滴右邊界點R(x，y)或上邊界點T(x，y);(4)當掃描線中的躍變點為先從255到0，再從0到255躍變時，該點為霧滴粘連點C(x,y);(5)連接相連通的兩粘連點的直線即為粘連區域的分割線。上述步驟S134之後還包括一把子圖像Sublmagel和分割粘連霧滴後的子圖像Sublmage2進行或運算得到最終霧滴分割圖的步驟；上述步驟S14進一步包括步驟S141，運用行程快速標記算法，計算霧滴分割圖中lcn^單位面積內霧滴的個數和面積；步驟S142，統計lcn^單位面積內霧滴覆蓋面積的直方圖，繪製整幀圖像的霧滴覆蓋面積直方圖，求出霧滴分布均勻度。採用霧滴面積分布統計特徵分析技術檢測霧滴分布均勻度，通過統計單位面積圖像中霧滴像素麵積，計算單位面積中霧滴的覆蓋面積，繪製整幀圖像的霧滴覆蓋面積直方圖，參考中華人民共和國機械行業標準〗8/丁6280.2-92電動大型噴灌機試驗方法中的噴灑均勻度係數的計算公式計算霧滴分布均勻度。計算公式如下&=^^;f=^~;C=100%x(l--),=1式中f-l，2，…,"；表示整幀10X10cn^圖像中各個lXlcn^單元圖像區("=100);_/=l，2，，m;表示每個lci^單元圖像區內霧滴的個數；4表示lcil^單元圖像區內第j個霧滴的像素麵積(單位像素)；仏——表示每個1咖2單元圖像區中霧滴的覆蓋面積(單位像素)；f——表示整幀圖像的霧滴覆蓋面積的平均值(單位像素)；C—表示儀器檢測的霧滴覆蓋面積的克裡斯琴森均勻度係數。由於本發明的檢測取樣為10X10CI^圖像面積，通過每CI^的霧滴覆蓋面積分析總體霧滴分布均勻度，可以更加科學的反映霧滴分布均勻度。為進一步實施本發明的方法，本發明還提出了一種霧滴分布均勻度的檢測裝置，包括一圖像釆集系統52，用於採用噴霧機噴霧的霧滴圖像；及一計算機系統51，用於從所述霧滴圖像採集系統獲取所述霧滴圖像並進行圖像處理。所述圖像採集系統包括一銅版紙525，用於收集噴霧機的噴霧霧滴；一圖像採集裝置520,用於從所述銅版紙收集的噴霧霧滴獲取噴霧霧滴的原始彩色圖像；一燈箱522、至少一光源521、一帶有銅版紙託盤523的支架524。所述圖像採集裝置521通過USB接口或其他標準接口與所述計算機系統連接，置於所述燈箱522的頂部，其攝像頭正對置於燈箱下方支架上的銅版紙託盤523，所述光源521也設置在燈箱522的頂部，用於為圖像採集裝置採集霧滴圖像提供光線。所述光源521的選擇必須符合所需的幾何形狀，而且，照明亮度、均勻度、發光的光譜特性也必須符合實際的要求，同時還要考慮光源的發光效率和使用壽命。在本系統中，採用菲利浦公司生產的滷素燈作為光源。把2個卣素燈安裝在照相機鏡頭的上部，採用頂部散射光照明方式。因為散射光照射物體正面，光線沒有方向性，比較柔和，成象不會有眩光，並且容易實現。所述圖像採集裝置520可以採用CCD黑白或彩色攝像機、或數字掃描儀、或數位照相機等。除了這些常見的類型以外，還有各種其它的專用設備，如顯微攝像設備、紅外攝像機、高速攝像機等。在本系統中，選用日本Panasonic彩色數位照相機DMC-FZ5GC作為圖像採集設備。該機具有1/2.5英寸CCD,有效像素為5，000，000像素，鏡頭為光學12倍變焦，f^6-72mm。所述計算機系統51主要完成系統信息的獲取、處理、設備的控制等工作。由於獲取的信息是圖像信息，信息量大、處理時間長，因此要求計算機具有較高的主頻。雖然本發明己以上述加實施例說明如上，然其並非用以限定本發明，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。權利要求1.一種霧滴分布均勻度的檢測方法，用於噴霧機噴霧試驗中對霧滴均勻度的檢測，其特徵在於，該方法包括噴霧霧滴收集步驟，用於收集噴霧機的噴霧霧滴；霧滴圖像採集步驟，用數碼圖像採集裝置採集所述收集的噴霧霧滴圖像；計算機獲取霧滴圖像信息並進行圖像處理的步驟，所述數碼圖像採集裝置傳輸所述霧滴圖像信息送到計算機進行圖像處理；霧滴分布均勻度信息獲取步驟，根據所述圖像處理的結果獲取霧滴圖像的霧滴個數和面積信息，再以此獲取霧滴分布均勻度信息。2、根據權利要求1所述的霧滴分布均勻度的檢測方法，其特徵在於，所述計算機獲取霧滴圖像並進行圖像處理的歩驟進一步包括-步驟A，所述計算機從所述數碼圖像採集裝置獲取霧滴原始彩色圖像；步驟B，將所述計算機獲取的原始彩色圖像轉換為灰度圖像；步驟C，修正所述灰度圖像；步驟D，將所述修正後灰度圖像轉換為二值霧滴圖像，進行霧滴和銅版紙背景分割；步驟E，對所述二值霧滴圖像進行孔洞填充和粘連霧滴分割並形成最終霧滴分割圖。3、根據權利要求1或2所述的霧滴分布均勻度的檢測方法，其特徵在於，所述霧滴圖像中面積在200像素以上的霧滴為可能粘連霧滴，所述粘連霧滴包括左右粘連霧滴和上下粘連霧滴。4、根據權利要求3所述的霧滴分布均勻度的檢測方法，其特徵在於，對所述粘連霧滴進行分割採用雙向掃描法。5、根據權利要求4所述的霧滴分布均勻度的檢測方法，其特徵在於，所述雙向掃描法是先從所述粘連霧滴圖像的左上角開始進行水平掃描對所述左右粘連霧滴進行分割，再從左下角開始進行垂直掃描對所述上下粘連霧滴進行分割。6、根據權利要求5所述的霧滴分布均勻度的檢測方法，其特徵在於，在所述雙向掃描過程中，當掃描線中的躍變點為先從0到255，再從255到0躍變時，該點為霧滴邊界頂點；當掃描線中的躍變點為從0到255躍變時，該點為霧滴左邊界點或下邊界點；當掃描線中的躍變點為從255到0躍變時，該點為霧滴右邊界點或上邊界點；當掃描線中的躍變點為先從255到0，再從O到255躍變時，該點為霧滴粘連點；連接兩個相連通的所述霧滴粘連點的直線即為粘連區域的分割線。7、根據權利要求1或2所述的霧滴分布均勻度的檢測方法，其特徵在於，所述霧滴分布均勻度獲取步驟進一步包括步驟F，獲取所述霧滴分割圖中單位面積內的霧滴個數和面積；步驟G,獲取所述霧滴分割圖中單位面積內霧滴覆蓋面積，並統計出整幀圖像的霧滴覆蓋面積直方圖，據此求出所述霧滴分布均勻度。8、根據權利要求7所述的霧滴分布均勻度的檢測方法，其特徵在於，所述步驟G中，所述霧滴覆蓋面積通過下述兩個公式計算獲得formulaseeoriginaldocumentpage3式中/4，2，…,"；表示整幀10X10cn^圖像中各個lXlcr^單元圖像區("=畫)；_/=l，2，"*，w;表示每個lcn^單元圖像區內霧滴的個數；4表示lcm,元圖像區內第j個霧滴的像素麵積(單位像素)；:'——表示每個1咖2單元圖像區中霧滴的覆蓋面積(單位像素)；^——表示整幀圖像的霧滴覆蓋面積的平均值(單位像素)。9、根據權利要求7、8所述的霧滴分布均勻度的檢測方法，其特徵在於，所述步驟G中，所述的霧滴分布均勻度通過如下公式計算C=100%x(1-)式中f-l,2,…,"；表示整幀10X10cr^圖像中各個lXlcn^單元圖像區("=100);仏——表示每個lci^單元圖像區中霧滴的覆蓋面積(單位像素)；^——表示整幀圖像的霧滴覆蓋面積的平均值(單位像素)；C一表示儀器檢測的霧滴覆蓋面積的克裡斯琴森均勻度係數。全文摘要本發明公開了一種霧滴分布均勻度的檢測方法，用於噴霧機噴霧試驗中對霧滴均勻度的檢測，該方法包括噴霧霧滴收集步驟，用於收集噴霧機的噴霧霧滴；霧滴圖像採集步驟，用數碼圖像採集裝置採集所述收集的噴霧霧滴的圖像；計算機獲取霧滴圖像信息並進行圖像處理的步驟，所述數碼圖像採集裝置傳輸所述霧滴圖像信息送到計算機進行圖像處理；霧滴分布均勻度信息獲取步驟，根據所述圖像處理的結果獲取霧滴圖像的霧滴個數和面積信息，再以此獲取霧滴分布均勻度信息。文檔編號G01M99/00GK101226108SQ200710062908公開日2008年7月23日申請日期2007年1月19日優先權日2007年1月19日發明者張小超,毛文華,胡小安申請人:中國農業機械化科學研究院