一种雾滴粒径分布和雾量分布的检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种雾滴粒径分布和雾量分布的检测系统及方法，包括控制模块、显示模块、喷雾系统、图像采集模块和数据处理模块；所述喷雾系统用来喷雾；所述控制模块用来控制图像采集模块对喷雾进行图像采集；所述数据处理模块对图像采集模块采集的喷雾图像进行处理获得雾滴粒径分布和雾量分布，并通过搭载的机器学习模型对黏连雾滴识别和分割；所述显示模块用于显示数据处理模块处理后雾滴粒径分布和雾量分布结果。本发明专利技术结合图像处理与机器学习模型等手段，实现喷雾雾滴粒径分布和雾量分布检测与评价。检测与评价。检测与评价。

【技术实现步骤摘要】
一种雾滴粒径分布和雾量分布的检测系统及方法


[0001]本专利技术涉及农业智能化检测领域，尤其涉及到一种雾滴粒径分布和雾量分布的检测系统及方法。

技术介绍

[0002]喷嘴的雾化性能对农药喷施质量起着至关重要的作用，如何提高喷嘴的雾化性能一直是植保喷雾方向研究的重点。其中雾滴粒径分布与雾量分布是衡量喷雾雾化性能的重要指标。雾滴粒径分布直观体现雾滴尺寸大小，对研究雾滴漂移、蒸发以及药用效果等有重要意义。雾量分布直观体现一个喷嘴的雾化均匀性，对研究多喷头布置和喷雾均匀等有重要影响。因此，实现喷雾雾滴粒径分布和雾量分布检测与评价对植保作业至关重要。
[0003]现阶段喷雾雾滴粒径分布检测主要包括将雾滴冷冻后进行测量，利用充电线法或者热线法，或者利用光学方法等。将雾滴冷冻后进行测量等方法，以人工操作为主，过程步骤多，劳动强度大且容易引入人为操作误差。使用激光技术的光学方法，操作简单，结果准确，但其价格比较昂贵，对测试环境要求比较高。现阶段喷雾雾滴雾量分布检测方法包括雾量仪测量，和使用电容传感器等传感技术测量方法等，这些测量方法只能实现单一的喷雾雾量分布检测。以上方法均不可以实现在测量雾滴粒径分布的同时测量雾滴雾量分布。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种雾滴粒径分布和雾量分布的检测系统及方法，结合图像处理与机器学习模型等手段，实现喷雾雾滴粒径分布和雾量分布检测与评价。
[0005]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0006]一种雾滴粒径分布和雾量分布的检测系统，包括控制模块、显示模块、喷雾系统、图像采集模块和数据处理模块；所述喷雾系统用来喷雾；所述控制模块用来控制图像采集模块对喷雾进行图像采集；所述数据处理模块对图像采集模块采集的喷雾图像进行处理获得雾滴粒径分布和雾量分布，通过搭载的机器学习模型对黏连雾滴识别和分割；所述显示模块用于显示数据处理模块处理后雾滴粒径分布和雾量分布结果。
[0007]上述方案中，所述图像采集模块包括相机、照明灯、雾滴承接板、投影膜和遮光板；所述雾滴承接板在雾滴承接板往复运动装置的带动下沿X轴方向往复运动，所述遮光板沿Y轴方向设置，所述遮光板下方设置有投影膜，投影膜下方设置有相机；所述雾滴承接板低于遮光板所述照明灯高于雾滴承接板；所述雾滴承接板运动到遮光板下方后，所述相机对投影膜上投射的喷雾进行拍摄；所述相机高度可以调节。
[0008]上述方案中，所述雾滴承接板高度高于投影膜1.5mm～3mm，投影膜的宽度d
m
与承接板的宽度d
c
需满足d
m
≤0.5d
c
，d
m
的最小值由相机目标拍摄面积决定。
[0009]上述方案中，所述相机设置在相机往复运动装置上，所述相机往复运动装置沿Y轴方向运动，所述相机和照明灯一体化设置。
[0010]上述方案中，所述雾滴承接板往复运动装置和所述相机往复运动装置为导轨滑块结构或者丝杠结构。
[0011]上述方案中，所述喷雾系统包括空压机、压力罐、实验台架和可调节支架；所述空压机为压力罐提供压力，所述压力罐与喷雾头通过管道连通；所述喷雾头设置在可调节支架；所述可调节支架设置在实验台架上。
[0012]上述方案中，所述图像采集模块设置在实验台架上。
[0013]上述方案中，所述实验台架上喷雾区域下方采用网格状结构。
[0014]上述方案中，对所述相机高度调节能够实现雾滴粒径分辨率调节，最小雾滴粒径D
x
可以由下式得到：
[0015][0016]其中，H
max
为相机距离投影膜的最大距离，S
max
为相机最大拍摄面积，D
x
由H
x
大小决定，H
x
为相机距离投影膜的距离，P为摄像头像素。
[0017]雾滴粒径分布和雾量分布的检测系统的检测方法，在进行雾滴粒径分布和雾量分布的检测时，通过可调节支架调节喷雾高度，开启喷雾系统进行喷雾；通过控制模块及显示模块1，控制雾滴承接板往复运动装置，使承接板沿X轴方向运动，承接板经过喷雾区域进入遮光板遮挡区域，到投影膜正上方，相机往复运动装置装载相机沿Y轴方向运动，相机将会进行预采样；在采集到有雾滴，相机沿Y轴方向倒退2P的距离作为相机的起始位置，沿Y轴方向继续采样，当连续出现5P的距离无雾滴，则记为相机采样的停止位置；
[0018]数据处理模块获得雾滴粒径分布和雾量分布，其中，雾滴粒径分布的计算方法如下：
[0019]定义数组D
i
(i＝1，2，3...n，其中n为相机拍摄面积上雾滴总个数)用于存储分割后的雾滴粒径，其中，D
i
‑1≤D
i
≤D
i+1
，D
i
通过数据处理模块对图像采集模块采集的雾滴沉积图像进行处理，获得雾滴在雾滴承接板(6)上的铺展面积，利用几何方法计算获得；定义V为相机拍摄面积上雾滴总的沉积量，V
t
是雾滴粒径为D
t
及雾滴粒径小于D
t
所有雾滴体积和，定义数组A
r
(r＝1，2，3...t，其中t≤n)用于存储V
t
与V的比值，当A
r
≤0.1＜A
r+1
，D
10
表示雾滴粒径，该雾滴粒径及小于该雾滴粒径雾滴总体积占相机拍摄面积上总体积比等于10％；当A
r
≤0.5＜A
r+1
，D
50
表示雾滴粒径，该雾滴粒径及小于该雾滴粒径雾滴总体积占相机拍摄面积上总体积比等于50％；当A
r
≤0.9＜A
r+1
，D
90
表示雾滴粒径，该雾滴粒径及小于该雾滴粒径雾滴总体积占相机拍摄面积上总体积比等于90％；
[0020]雾量分布计算方法如下：
[0021]定义相机Y轴方向每次采样长度为L，相机Y轴方向每次移动步长为P，P＝k
×
L(其中，1≤k≤2)，L，k用于调节雾量分布采样精度；定义数组B
a
(a＝1,2,
…
m其中m为总采样次
数)用于存储相机每次采样面积上雾滴总的沉积量，定义数组C
z
(z＝1,2,
…
w，其中w为B
a
中大于等于B1的元素个数)用于存储B
a
中大于等于B1的有效采样数据并保持有效数据原始前后顺序不变，0通过对数组C
z
求均值、方差和变异系数特征来表示喷雾雾滴雾量分布。
[0022]本专利技术相对于现有技术具有如下的有益效果：
[0023]本专利技术所设计的系统，搭载了雾滴粒径分布和雾量分布的检测方法，实现喷雾雾滴粒径分布和雾量分布同时测量，本专利技术方法使得喷雾雾本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种雾滴粒径分布和雾量分布的检测系统，其特征在于，包括控制模块、显示模块、喷雾系统、图像采集模块和数据处理模块；所述喷雾系统用来喷雾；所述控制模块用来控制图像采集模块对喷雾进行图像采集；所述数据处理模块对图像采集模块采集的喷雾图像进行处理获得雾滴粒径分布和雾量分布，通过搭载的机器学习模型对黏连雾滴识别和分割；所述显示模块用于显示数据处理模块处理后雾滴粒径分布和雾量分布结果。2.根据权利要求1所述的雾滴粒径分布和雾量分布的检测系统，其特征在于，所述图像采集模块包括相机(10)、照明灯(9)、雾滴承接板(6)、投影膜(8)和遮光板(7)；所述雾滴承接板(6)在雾滴承接板往复运动装置(12)的带动下沿X轴方向往复运动，所述遮光板(7)沿Y轴方向设置，所述遮光板(7)下方设置有投影膜(8)，投影膜(8)下方设置有相机(10)；所述雾滴承接板(6)低于遮光板(7)所述照明灯(9)高于雾滴承接板(6)；所述雾滴承接板(6)运动到遮光板(7)下方后，所述相机(10)对投影膜(8)上投射的喷雾进行拍摄；所述相机(10)高度可以调节。3.根据权利要求2所述的雾滴粒径分布和雾量分布的检测系统，其特征在于，所述雾滴承接板(6)高度高于投影膜(8)1.5mm～3mm，投影膜(8)的宽度d
m
与承接板(6)的宽度d
c
需满足d
m
≤0.5d
c
，d
m
的最小值由相机(10)目标拍摄面积决定。4.根据权利要求2所述的雾滴粒径分布和雾量分布的检测系统，其特征在于，所述相机(10)设置在相机往复运动装置(11)上，所述相机往复运动装置(11)沿Y轴方向运动，所述相机(10)和照明灯(9)一体化设置。5.根据权利要求4所述的雾滴粒径分布和雾量分布的检测系统，其特征在于，所述雾滴承接板往复运动装置(12)和所述相机往复运动装置(11)为导轨滑块结构或者丝杠结构。6.根据权利要求1所述的雾滴粒径分布和雾量分布的检测系统，其特征在于，所述喷雾系统包括空压机(2)、压力罐(3)、实验台架(4)和可调节支架(5)；所述空压机(2)为压力罐(3)提供压力，所述压力罐(3)与喷嘴通过管道连通；所述喷嘴设置在可调节支架(5)；所述可调节支架(5)设置在实验台架(4)上。7.根据权利要求6所述的雾滴粒径分布和雾量分布的检测系统，其特征在于，所述图像采集模块设置在实验台架(4)上。8.根据权利要求6所述的雾滴粒径分布和雾量分布的检测系统，其特征在于，所述实验台架(4)上喷雾区域下方采用网格状结构。9.根据权利要求2所述的雾滴粒径分布和雾量分布的检测系统，其特征在于，对所述相机(10)高度调节能够实现雾滴粒径分辨率调节，最小雾滴粒径D
x
可以由下式得到：其中，H
max
为相机距离投影膜的最大距离，S
max
为相机最大拍摄面积，D
x
由H
x
大小决定，H
x
为相机距离投影膜的距离，P为摄...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪明，阙可欣，王政，朱俊羽，欧鸣雄，贾卫东，戴世群，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：