[發(fā)明專利]一種基于ImagePy的水敏紙霧滴參數(shù)測(cè)量裝置及其測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110485867.0
• 申請(qǐng)日: 2021-04-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113222925B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 亢潔;劉港;馮樹(shù)杰;郭國(guó)法;田野
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 陜西科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/00
• 分類號(hào): G06T7/00;G06T7/11;G06T7/136;G06T3/40;G06T3/60;G01N15/00;G01N15/02;G01N15/04
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 季海菊

1.一種基于ImagePy的水敏紙霧滴參數(shù)測(cè)量裝置，包括水敏紙圖像采集模塊、圖像處理模塊及霧滴參數(shù)統(tǒng)計(jì)模塊；

所述圖像處理模塊包括基于ImagePy的 預(yù)處理模塊、圖像自動(dòng)旋轉(zhuǎn)裁剪模塊、圖像拼接模塊、彩色圖像分割模塊；

所述霧滴參數(shù)統(tǒng)計(jì)模塊，包括霧滴最大值、最小值、平均值、中值、霧滴覆蓋率以及霧滴個(gè)數(shù)參數(shù)統(tǒng)計(jì)；其中，霧滴覆蓋率和霧滴中值功能通過(guò)編寫(xiě)程序在ImagePy原有功能基礎(chǔ)上添加此兩項(xiàng)功能；

所述預(yù)處理模塊首先對(duì)水敏紙圖像進(jìn)行灰度化、二值化、取反、腐蝕、濾波操作，消除無(wú)用信息的干擾，再進(jìn)行區(qū)域分析操作，對(duì)水敏紙圖像進(jìn)行區(qū)域篩選，利用area閾值濾除不屬于水敏紙的噪聲；由于每一張水敏紙圖像都是固定大小，將圖像大小 作為閾值，選取area閾值=1000000，小于這個(gè)值則被認(rèn)定為是不需要的噪聲，將其濾除，從而得到僅含有水敏紙圖像的區(qū)域；

所述圖像自動(dòng)旋轉(zhuǎn)裁剪模塊，通過(guò)最小外接矩形函數(shù)minAreaRect和垂直邊界最小正矩形函數(shù)boundingRect實(shí)現(xiàn)水敏紙圖像的自動(dòng)旋轉(zhuǎn)裁剪；采用最小外接矩形函數(shù)minAreaRect確定水敏紙圖像需要旋轉(zhuǎn)的角度，根據(jù)得到的旋轉(zhuǎn)角度對(duì)彩色水敏紙圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，獲得歸正的彩色水敏紙圖像；采用垂直邊界最小正矩形函數(shù)boundingRect來(lái)獲取感興趣區(qū)域，實(shí)現(xiàn)彩色水敏紙圖像區(qū)域的裁剪；

所述圖像拼接模塊，對(duì)于采集到的水敏紙圖像，通過(guò)編程，定義img_center為中間1/2區(qū)域，img[1]為左1/4區(qū)域，img[2]為右1/4區(qū)域， img[3]為img[1]與img[2]拼接的圖像，輸出img[3]和img_center；

所述彩色圖像分割模塊，采用的是RGB顏色空間模型，采用彩色圖像分割法進(jìn)一步對(duì)水敏紙圖像進(jìn)行分割，設(shè)置R、G、B三種顏色的閾值：R、G、B三種顏色的數(shù)值范圍為0~255，根據(jù)顏色來(lái)設(shè)置閾值，并根據(jù)設(shè)置的閾值，將圖像中RGB三通道顏色數(shù)值小于閾值的區(qū)域，也就是霧滴區(qū)域顯示成白色，其它區(qū)域也就是背景顯示成黑色，從而得到需要的霧滴區(qū)域；

所述霧滴參數(shù)統(tǒng)計(jì)模塊為，通過(guò)編程，在ImagePy原有基礎(chǔ)上，編寫(xiě)了霧滴覆蓋率及霧滴尺寸中間值的程序，在完成圖像處理后，統(tǒng)計(jì)測(cè)量霧滴各項(xiàng)參數(shù)，包括霧滴最大值、最小值、平均值、中值、霧滴覆蓋率以及霧滴個(gè)數(shù)的統(tǒng)計(jì)。

2.一種基于ImagePy的水敏紙霧滴參數(shù)的測(cè)量方法，具體包括以下步驟：

步驟一、水敏紙圖像的采集：

1）將水敏紙纏繞固定在與麥苗同一高度水平的豎桿上形成一個(gè)圓柱體，水敏紙中間的1/2區(qū)域面向農(nóng)用機(jī)械噴灑農(nóng)藥的方向，水敏紙左側(cè)1/4區(qū)域和右側(cè)1/4區(qū)域粘貼在一起，為農(nóng)用機(jī)械不能直接噴灑到的地方，即背面；

2）通過(guò)改變噴灑農(nóng)藥的噴嘴型號(hào)和噴藥的壓力，攜帶農(nóng)藥的農(nóng)用機(jī)械在試驗(yàn)麥田中分別進(jìn)行多次噴灑實(shí)驗(yàn)，每次噴灑實(shí)驗(yàn)在農(nóng)用機(jī)械駛過(guò)的不同位置可獲得順序編號(hào)的多張水敏紙；

3）將上一步所得到的水敏紙粘貼在同一張紙上，通過(guò)圖像采集模塊采集得到一組實(shí)驗(yàn)收集的水敏紙圖像；

步驟二、水敏紙圖像處理過(guò)程：

1）用圖像采集模塊采集步驟一第3）步得到的水敏紙圖像，并導(dǎo)入到電腦中，使用ImagePy軟件打開(kāi)要處理的水敏紙圖像；

2）利用ImagePy軟件首先對(duì)水敏紙圖像進(jìn)行灰度化、二值化、取反、腐蝕、濾波操作，消除無(wú)用信息的干擾，再進(jìn)行區(qū)域分析操作，對(duì)水敏紙圖像進(jìn)行區(qū)域篩選，利用area閾值濾除不屬于水敏紙的噪聲；由于每一張水敏紙圖像都是固定大小，選取area閾值=1000000，小于這個(gè)值則被認(rèn)定為是不需要的噪聲，將其濾除，從而得到僅含有水敏紙圖像的區(qū)域；

3）通過(guò)水敏紙圖像自動(dòng)旋轉(zhuǎn)裁剪模塊，借助最小外接矩形函數(shù)minAreaRect和垂直邊界最小正矩形函數(shù)boundingRect，實(shí)現(xiàn)步驟二第2）步得到的水敏紙圖像的區(qū)域自動(dòng)旋轉(zhuǎn)裁剪：采用最小外接矩形函數(shù)minAreaRect確定水敏紙圖像需要旋轉(zhuǎn)的角度，根據(jù)得到的旋轉(zhuǎn)角度對(duì)彩色水敏紙圖像進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，獲得歸正的彩色水敏紙圖像；采用垂直邊界最小正矩形函數(shù)boundingRect來(lái)獲取感興趣區(qū)域，實(shí)現(xiàn)彩色水敏紙圖像區(qū)域的裁剪；

4）根據(jù)田間噴施農(nóng)藥的真實(shí)情況，通過(guò)在開(kāi)源軟件ImagePy圖像處理軟件中添加名為montage img的圖像拼接模塊，將采集到的水敏紙圖像，裁剪為圖像的左側(cè)1/4區(qū)域，中間1/2區(qū)域，右側(cè)1/4區(qū)域，再將左側(cè)1/4與右側(cè)1/4拼接在一起，作為農(nóng)作物的背面；

5）通過(guò)彩色圖像分割模塊，采用彩色圖像分割法進(jìn)一步對(duì)水敏紙圖像進(jìn)行分割，設(shè)置R、G、B三種顏色的閾值：R、G、B三種顏色的數(shù)值范圍為0~255，根據(jù)顏色來(lái)設(shè)置閾值，并根據(jù)設(shè)置的閾值，將圖像中RGB三通道顏色數(shù)值小于閾值的區(qū)域，也就是霧滴區(qū)域顯示成白色，其它區(qū)域也就是背景顯示成黑色，從而得到需要的霧滴區(qū)域；

步驟三、霧滴參數(shù)測(cè)量方法：

將步驟二第5）步得到的水敏紙圖像通過(guò)霧滴參數(shù)統(tǒng)計(jì)模塊統(tǒng)計(jì)霧滴參數(shù)，包括霧滴最大值、最小值、平均值、中值、霧滴覆蓋率以及霧滴個(gè)數(shù)參數(shù)統(tǒng)計(jì)；其中，霧滴覆蓋率和霧滴中值功能通過(guò)編寫(xiě)程序，在ImagePy原有功能基礎(chǔ)上添加：霧滴覆蓋率程序根據(jù)公式（1）編寫(xiě)；霧滴中值程序則根據(jù)霧滴個(gè)數(shù)的奇偶數(shù)來(lái)計(jì)算，將所有的數(shù)按從小到大順序排序，若為奇數(shù)則直接取中間的值，若為偶數(shù)，則把位于中間位置的兩數(shù)相加除以2得到中值；即可在ImagePy軟件中實(shí)現(xiàn)霧滴參數(shù)的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)；

霧滴覆蓋率通過(guò)霧滴覆蓋區(qū)域面積占統(tǒng)計(jì)總面積的百分比計(jì)算：

（1）

式中：為霧滴覆蓋率；為霧滴區(qū)域像素?cái)?shù)；為試紙區(qū)域總像素?cái)?shù)。