噴霧作業效果檢測方法的研究

張寧

摘 要 霧滴覆蓋率以及沉淀率是衡量噴霧效果的重要參數，準確測量霧滴覆蓋率、沉淀率以及分析兩者之間的關系對更好地控制噴霧各過程具有重要意義。通過LED光箱及超精度掃描儀采集高質量的霧滴圖像著重探討試紙上圖像分析算法的研究，旨在獲取試紙上的霧滴覆蓋率以及利用熒光示蹤劑分析計算覆蓋率和沉積率的關系。

關鍵詞 LED光箱；圖像采集； 圖像處理；覆蓋率；沉積率

中圖分類號：TH89 文獻標志碼：B 文章編號：1673-890X（2015）18-0-02

1 樣本的采集

選擇一株長勢正常的樹，在其上隨機且全范圍的懸掛布置足量的試紙。配置適當濃度（5 g/L）的麗春紅噴霧試劑，在自然條件合適的情況下（無風、晴天），用噴霧機對已布置好采樣試紙的樹進行模擬農作物噴霧試驗[1]。噴霧試驗結束后，待一段時間至霧滴風干，將選取樹上的采樣試紙取下收回并編號處理。

2 確定LED燈光箱采集圖片的RGB組合

2.1 LED燈光箱集樣本圖像圖片

采集過程，調節LED燈光箱光箱載物臺至一個能夠清楚地采集到圖像的高度（14.6 cm），通過數字控制器對LED燈箱調節，在R、G、B組合不同的情況下（216），用工業相機在75%的分辨率下對試紙樣本進行圖像采集，同一樣本進行216次圖像采集，對多個樣本進行圖像采集，剔除全黑的圖片，將剩下的在不同光質下采集到的圖像進行編號保存。

2.2 RGB的確定方法

首先，對已編號圖像圖片進行一個批量的剪切處理，然后是利用ImageJ軟件對圖片進行灰度化處理，計算其覆蓋率，對應編號相應記錄[2]。其次，利用MATLAB對圖像進行二值化和灰度化處理，計算其霧滴點的均值和方差大小，方差越大說明霧滴大小波動越大，從而說明覆蓋率越大。通過比較計算得到的霧滴覆蓋率與方差，可以證明其方差大的霧滴覆蓋率也大。

表1為篩選出的10組方差較大的覆蓋率與其對應的RGB組合，通過表1可以看出覆蓋率為44.36的RGB組合（100， 150， 150）和覆蓋率為44.26的RGB組合（50， 150， 150）均可作為采集圖像的RGB的最佳組合。

圖 2 選取RGB組合采集的照片

圖2是選取2的RGB組合采集到的照片，左側為R∶100， G∶150， B∶150；右側為R∶50， G∶150， B∶150。

3 確定掃描儀掃描圖片的分辨率

3.1 掃描方法

用掃描儀在分辨率分別為100， 150， 300， 600， 1 000， 1 200， 2 000的情況下對上述相同的多個樣本進行圖像掃描采集并編號保存。

3.2 計算掃描圖像覆蓋

表3 是10組樣本不同分辨率下掃描圖像測得的覆蓋率，可以觀察到分辨率由100到600的變化過程中覆蓋率呈明顯增長趨勢，當分辨大于600時，呈緩慢下降趨勢，由此確定掃描儀掃描圖像使用的分辨率為600。

4 樣本覆蓋率的計算

4.1 圖片采集方法的比較與選擇

使用LED光箱采集與使用精度掃描儀掃描圖片是兩種不同的圖片圖像采集方法，前者存不穩定的人為誤差因素，但優點是可以知道在什么樣的光照下采集到較好的圖像。而后者使用掃描儀在精度上保證了其質量[3]。在本實驗中，考慮到掃描任務比較大，最終確定了使用掃描儀作為本實驗樣本。

4.2 樣本圖像的采集與處理

使用掃描儀對所有采集到的樣本進行分辨率為600下的圖像掃描，并編號處理；使用圖像處理軟件對采集到的圖像照片進行批量處理，以便于接下來霧滴覆蓋率的計算。

4.3 霧滴圖像圖片覆蓋率的計算

使用圖像處理軟件Image J對掃描儀在600分辨率下掃描的到的照片進行霧滴覆蓋率的計算，先使用Image J對圖片進行一個8bit的類型轉化進行灰度化處理，再計算其覆蓋率并進行編號記錄，得到所有樣本在600分辨率下的覆蓋率。

5 霧滴圖片圖像沉淀率的計算

本實驗是通過配比麗春紅溶液（5g/L）在采樣試紙上噴灑霧滴并在其上染色原理來計算霧滴沉淀率，將計算好霧滴覆蓋率的圖片進行剪切碎片處理，添加適量定量的實驗純水（本實驗50mL）進行充分溶解，通過使用分光光度儀測定溶解溶液的吸光度，根據測得的absorbance進而根據公式A=a*b*c轉化求得相應樣本溶液的濃度進而求的沉淀率。

式中：A為吸光度；a為吸光系數，單位L/（g/cm）；b為液層厚度（通常為比色皿的厚度），單位：cm；c為溶液濃度，單位g/L。

6 霧滴覆蓋率與沉淀率關系分析

溶液的吸光度的大小在一定程度上代表著溶液濃度的大小，通過比較分析溶液吸光度的大小來間接代表溶液的濃度。使用MATLAB對霧滴覆蓋率及沉淀率進行數據處理，先將其對應的描述到坐標散點圖上，然后利用函數擬合工具箱確定擬合函數的階數，最終確定了擬合函數為2階函數。

圖 4 覆蓋率沉淀率散點圖及擬合函數

圖4 是使用MATLAB對覆蓋率和沉淀率生成的坐標散點圖以及擬合生成的函數圖像，用到了MATLAB擬合程序。

7 結語

通過本次實驗研究，確定了LED燈光箱采集本實驗圖片（藍色背景）的最佳RGB組合為R∶100， G∶150， B∶150（50， 150， 150）；確定了本實驗掃描儀掃描圖像的最佳分辨率為600；分析并擬合得到了一定范圍內霧滴覆蓋率與沉淀率的關系函數

Y=-0.0002x?+0.0202x+0.0742

參考文獻

[1]張振磊.基于數字圖像的霧滴沉積分布試驗研究[D].鎮江：江蘇大學，2009.

[2]顧家冰.風送式變量噴霧機氣液兩相流及霧化的試驗研究[D].南京：南京農業大學，2012.

[3]薛峰.圖象處理在霧滴關鍵參數測量中的應用[D].北京：中國農業大學，2005.

（責任編輯：趙中正）