一种基于ImagePy的水敏纸雾滴参数测量装置及其测量方法制造方法及图纸

一种基于ImagePy的水敏纸雾滴参数测量装置及其测量方法，包括水敏纸图像采集模块、图像处理模块及雾滴参数统计模块；图像处理模块包括基于ImagePy的图像自动旋转裁剪模块、图像拼接模块、彩色图像分割模块；雾滴参数统计模块，包括雾滴最大值、最小值、平均值、中值、雾滴覆盖率以及雾滴个数六种参数。其中，雾滴覆盖率和雾滴中值功能通过编写程序在ImagePy原有功能基础上添加此两项功能；通过图像采集模块和图像处理软件ImagePy，对水敏纸图像进行自动旋转裁剪，然后对水敏纸图像进行图像拼接、彩色图像分割，进而使用雾滴参数统计模块统计测量雾滴尺寸、总雾滴数和雾滴覆盖率等雾滴参数；本发明专利技术具有结构简单，操作方便，测量准确快速的优点，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种基于ImagePy的水敏纸雾滴参数测量装置及其测量方法
本专利技术涉及图像处理
，具体涉及一种基于ImagePy的水敏纸雾滴参数测量装置及其测量方法。
技术介绍
农药在控制农作物病虫害方面具有成本低、有效、快速的特点，是作物病虫害控制的最有力的方法。但大量喷洒会造成农药浪费，严重危害环境和人们的身体健康。因此如何提高农药利用率、减少农药使用量成为亟待解决的问题。快速且有效获取施药后雾滴在目标上沉积的喷雾量、雾滴尺寸和雾滴在目标上的覆盖均匀性等信息，可以对施药效果进行定量评价，为进一步优化农药喷施技术提供参考。目前，国外已开发了多种水敏试纸图像处理软件，其中R.D.Fox提出了一种WSP(WaterSensitivePaper)视觉分级喷雾覆盖方法的结果；Panneton开发了一种相机/照明系统，测量WSP上斑点覆盖面积的百分比；CunhaM评估了几种水敏纸图像处理软件分析喷雾质量的能力；ZhuHeping基于PC机和扫描仪开发了一种便携式雾滴参数测量系统。国内虽然起步较晚，但也取得了较好的研究成果，郭娜，吴亚垒，祁力钧，邱白晶，郑加强，袁江涛，史春建，梁萍等都研究了基于图像处理的雾滴检测方法，但是在获取水敏纸的数字图像时，水敏纸图像往往会发生倾斜，而这些软件不能自动检测出水敏纸的倾斜角度，并缺少对水敏纸图像的自动旋转操作，而且不能自动获取水敏纸感兴趣区域，而需要借助其他软件对水敏纸作上述预处理操作，同时这些软件在进行水敏纸图像分割时，均采用将水敏纸转换为灰度图像再进行分割，这样在转换的过程中会失去一些有用信息，导致检测精度不高。
技术实现思路
为了克服上述现有技术存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种基于ImagePy的水敏纸雾滴参数测量装置及其测量方法，通过在ImagePy软件中添加图像处理模块，实现水敏纸图像的自动旋转裁剪，图像拼接及彩色分割，从而准确且快速地测量出雾滴参数，具有广阔的应用前景。为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种基于ImagePy的水敏纸雾滴参数测量装置，包括水敏纸图像采集模块、图像处理模块及雾滴参数统计模块；所述图像处理模块包括基于ImagePy的图像自动旋转裁剪模块、图像拼接模块、彩色图像分割模块；所述雾滴参数统计模块，包括雾滴最大值、最小值、平均值、中值、雾滴覆盖率以及雾滴个数参数统计；其中，雾滴覆盖率和雾滴中值功能通过编写程序在ImagePy原有功能基础上添加此两项功能。所述图像自动旋转裁剪模块，通过最小外接矩形函数(minAreaRect)和垂直边界最小正矩形函数(boundingRect)实现水敏纸图像的自动旋转裁剪；用boundingRect()得到包裹水敏纸图像轮廓的最小正矩形，minAreaRect()得到包裹水敏纸图像轮廓的最小斜矩形。所述图像拼接模块，对于水敏纸图像采集模块采集到的水敏纸，通过编程，定义img_center为中间1/2区域，img[1]为左1/4区域，img[2]为右1/4区域，img[3]为img[1]与img[2]拼接的图像，输出img[3]和img_center。所述彩色图像分割模块，采用的是RGB颜色空间模型。一种基于ImagePy的水敏纸雾滴参数测量装置的测量方法，具体包括以下步骤：步骤一、水敏纸图像的采集：1)将水敏纸缠绕固定在与麦苗同一高度水平的竖杆上形成一个圆柱体，水敏纸中间的1/2区域面向农用机械喷洒农药的方向，水敏纸左侧1/4区域和右侧1/4区域粘贴在一起，为农用机械不能直接喷洒到的地方，即背面；2)通过改变喷洒农药的喷嘴型号和喷药的压力，携带农药的农用机械在试验麦田中分别进行多次喷洒实验，每次喷洒实验在农用机械驶过的不同位置可获得顺序编号的多张水敏纸；3)将上一步所得到的水敏纸粘贴在同一张纸上，通过图像采集模块采集得到一组实验收集的水敏纸图像；步骤二、水敏纸图像处理过程：1)用图像采集模块采集步骤一第3)步得到的水敏纸图像，并导入到电脑中，使用ImagePy软件打开要处理的水敏纸图像；2)利用ImagePy软件首先对水敏纸图像进行灰度化、二值化、取反、腐蚀、滤波操作，消除无用信息的干扰，再进行区域分析操作，对水敏纸图像进行区域筛选，利用area阈值滤除不属于水敏纸的噪声；由于每一张水敏纸图像都是固定大小，将此值作为阈值，小于这个值则被认定为是不需要的噪声，将其滤除，从而得到仅含有水敏纸图像的区域；3)通过水敏纸图像自动旋转裁剪模块，借助最小外接矩形函数(minAreaRect)和垂直边界最小正矩形函数(boundingRect)，实现步骤二第2)步得到的水敏纸图像区域的自动旋转裁剪：采用最小外接矩形函数(minAreaRect)确定水敏纸图像需要旋转的角度，实现旋转，使倾斜水敏纸图像归正；采用垂直边界最小正矩形函数(boundingRect)来获取感兴趣区域，实现水敏纸区域的裁剪；4)根据田间喷施农药的真实情况，通过在开源软件ImagePy图像处理软件中添加名为montageimg的图像拼接模块，将采集到的水敏纸图像，裁剪为图像的左侧1/4区域，中间1/2区域，右侧1/4区域，再将左侧1/4与右侧1/4拼接在一起，作为农作物的背面；5)通过彩色图像分割模块，采用彩色图像分割法进一步对水敏纸图像进行分割，设置R、G、B三种颜色的阈值：R、G、B三种颜色的数值范围为0～255，根据颜色来设置阈值，并根据设置的阈值，将图像中RGB三通道颜色数值小于阈值的区域，也就是雾滴区域显示成白色，其它区域也就是背景显示成黑色，从而得到需要的雾滴区域；步骤三、雾滴参数测量方法：将步骤二第5)步得到的水敏纸图像通过雾滴参数统计模块统计雾滴参数，包括雾滴最大值、最小值、平均值、中值、雾滴覆盖率以及雾滴个数参数统计；其中，雾滴覆盖率和雾滴中值功能通过编写程序，在ImagePy原有功能基础上添加：雾滴覆盖率程序根据公式(1)编写；雾滴中值程序则根据雾滴个数的奇偶数来计算，将所有的数按从小到大顺序排序，若为奇数则直接取中间的值，若为偶数，则把位于中间位置的两数相加除以2得到中值；即可在ImagePy软件中实现雾滴参数的自动统计；雾滴覆盖率通过雾滴覆盖区域面积占统计总面积的百分比计算：式中：C为雾滴覆盖率；As为雾滴区域像素数；Ap为试纸区域总像素数。所述步骤二第2)步中area阈值＝1000000。与现有技术相比，本专利技术有益效果为：该装置集成了图像采集模块和图像处理软件ImagePy，将该软件由一组自定义模块组成，可以对水敏纸图像进行自动检测并旋转，然后对水敏纸图像进行彩色图像分割，进而使用这些模块统计测量雾滴尺寸、总雾滴数和雾滴覆盖率等雾滴参数，解决了目前水敏纸图像处理软件缺少对水敏纸图像的旋转等预处理操作，以及将水敏纸图像先转换为灰度图像再进行分割而导致检测精度低的问题；准确且快速地统计测量出雾滴参数，为研究农用机械喷嘴的型号和喷雾的压力对农药喷洒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于ImagePy的水敏纸雾滴参数测量装置，包括水敏纸图像采集模块、图像处理模块及雾滴参数统计模块；/n所述图像处理模块包括基于ImagePy的图像自动旋转裁剪模块、图像拼接模块、彩色图像分割模块；/n所述雾滴参数统计模块，包括雾滴最大值、最小值、平均值、中值、雾滴覆盖率以及雾滴个数参数统计；其中，雾滴覆盖率和雾滴中值功能通过编写程序在ImagePy原有功能基础上添加此两项功能。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于ImagePy的水敏纸雾滴参数测量装置，包括水敏纸图像采集模块、图像处理模块及雾滴参数统计模块；
所述图像处理模块包括基于ImagePy的图像自动旋转裁剪模块、图像拼接模块、彩色图像分割模块；
所述雾滴参数统计模块，包括雾滴最大值、最小值、平均值、中值、雾滴覆盖率以及雾滴个数参数统计；其中，雾滴覆盖率和雾滴中值功能通过编写程序在ImagePy原有功能基础上添加此两项功能。


2.根据权利要求1所述的一种基于ImagePy的水敏纸雾滴参数测量装置，其特征在于：所述图像自动旋转裁剪模块，通过最小外接矩形函数(minAreaRect)和垂直边界最小正矩形函数(boundingRect)实现水敏纸图像的自动旋转裁剪；用boundingRect()得到包裹水敏纸图像轮廓的最小正矩形，minAreaRect()得到包裹水敏纸图像轮廓的最小斜矩形。


3.根据权利要求1所述的一种基于ImagePy的水敏纸雾滴参数测量装置，其特征在于：所述图像拼接模块，对于采集到的水敏纸，通过编程，定义img_center为中间1/2区域，img[1]为左1/4区域，img[2]为右1/4区域，img[3]为img[1]与img[2]拼接的图像，输出img[3]和img_center。


4.根据权利要求1所述的一种基于ImagePy的水敏纸雾滴参数测量装置，其特征在于：所述彩色图像分割模块，采用的是RGB颜色空间模型。


5.根据权利要求1所述的一种基于ImagePy的水敏纸雾滴参数测量装置，其特征在于：所述雾滴参数统计模块为，通过编程，在ImagePy原有基础上，编写了雾滴覆盖率及雾滴尺寸中间值的程序，在完成图像处理后，统计测量雾滴各项参数，包括雾滴最大值、最小值、平均值、中值、雾滴覆盖率以及雾滴个数的统计。


6.一种基于ImagePy的水敏纸雾滴参数测量装置的测量方法，具体包括以下步骤：
步骤一、水敏纸图像的采集：
1)将水敏纸缠绕固定在与麦苗同一高度水平的竖杆上形成一个圆柱体，水敏纸中间的1/2区域面向农用机械喷洒农药的方向，水敏纸左侧1/4区域和右侧1/4区域粘贴在一起，为农用机械不能直接喷洒到的地方，即背面；
2)通过改变喷洒农药的喷嘴型号和喷药的压力，携带农药的农用机械在试验麦田中分别进行多次喷洒实验，每次喷洒实验在农用机械驶过的不同位置可获得顺序编号的多张水敏纸；
3)将上一步所得到的水敏纸粘贴在同一张纸上，通过图像采集模块采集得到一组实验收集的水敏纸图像；
步骤二、水敏纸图像处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：亢洁，刘港，冯树杰，郭国法，田野，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61