本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化領(lǐng)域，涉及一種霧滴粒徑檢測(cè)設(shè)備及方法，具體涉及一種基于嵌入式圖像處理的便攜式霧滴粒徑檢測(cè)設(shè)備及方法。
背景技術(shù)：
：農(nóng)機(jī)進(jìn)行噴霧作業(yè)過(guò)程中，霧滴粒徑尺寸是保證植保作業(yè)效果的重要指標(biāo)，對(duì)噴霧藥性的發(fā)揮的有著重要的影響。隨著人們對(duì)農(nóng)機(jī)噴霧造成的藥劑過(guò)量使用等問(wèn)題不斷關(guān)注，精準(zhǔn)的霧滴粒徑檢測(cè)技術(shù)越來(lái)越受到重視。便攜、易操作的霧滴粒徑檢測(cè)和粒徑分布規(guī)律的快速分析設(shè)備是研制、試驗(yàn)、生產(chǎn)植保機(jī)械重要的輔助工具。當(dāng)前主流的霧滴粒徑檢測(cè)技術(shù)大體上可分為三類(lèi)：機(jī)械測(cè)量方法、光學(xué)測(cè)量方法、電子測(cè)量方法。機(jī)械測(cè)量方法是最早的檢測(cè)技術(shù)，檢測(cè)過(guò)程就是人工試紙上藥液痕跡統(tǒng)計(jì)的過(guò)程，整個(gè)計(jì)數(shù)工作費(fèi)時(shí)費(fèi)力而且檢測(cè)精度不夠高。電子測(cè)量方法有很高的響應(yīng)速度，檢測(cè)儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，并且環(huán)境適應(yīng)能力相對(duì)較強(qiáng)，精確度相對(duì)機(jī)械測(cè)量方法精度更高。光學(xué)測(cè)量方法精度很高，并且可以做到非接觸式的霧滴信息檢測(cè)。光學(xué)方法的檢測(cè)儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴，一般不適宜在噴霧作業(yè)的現(xiàn)場(chǎng)直接檢測(cè)和使用。隨著高像素?cái)?shù)碼電子顯微技術(shù)和嵌入式技術(shù)不斷的發(fā)展，結(jié)合微型電子數(shù)碼顯微技術(shù)和射頻通訊模塊完成更高精度的霧滴圖像快速采集和轉(zhuǎn)發(fā)成為可能。如何利用現(xiàn)有的設(shè)備，結(jié)合智能手機(jī)終端完成圖像數(shù)據(jù)的快速處理和有效分析，構(gòu)造更便攜、準(zhǔn)確、快速的霧滴粒徑檢測(cè)手段成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)植保領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的基于圖像的霧滴檢測(cè)技術(shù)方案存在的不足，提供了一種基于嵌入式圖像處理的便攜式霧滴粒徑檢測(cè)設(shè)備及方法。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種基于嵌入式圖像處理的便攜式霧滴粒徑檢測(cè)設(shè)備，包括遮光防水殼體以及微型數(shù)碼顯微圖像采集模塊、射頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊、電池電源管理模塊、微控制器模塊。所述遮光防水殼體具體包括設(shè)備上、下防水外殼、高透霧滴采集塑料墊片；所述圖像采集模塊包括固定在防水殼體內(nèi)部的微型數(shù)碼顯微鏡頭、固定在下防水殼體上的高分液晶霧滴采集背景屏幕、貼合在下防水擋板的內(nèi)壁的測(cè)微標(biāo)尺；所述射頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊為連接在微控制器模塊上的藍(lán)牙通訊模塊；所述電源管理模塊固定在上防水殼體內(nèi)的用于向微型數(shù)碼顯微圖像采集模塊和微控制器模塊供電的鋰電池模塊及其相關(guān)輔助電路。上防水外殼上設(shè)置有啟?？傞_(kāi)關(guān)。上、下防水外殼通過(guò)高透防水擋板完成內(nèi)部防水密封?；趫D像處理的便攜式霧滴粒徑檢測(cè)設(shè)備的檢測(cè)方法，其特征在于：包括以下步驟：S1：在一張高透塑料采集卡中心區(qū)域均勻的涂抹上一層硅油，放置在霧滴覆蓋區(qū)域用于采集霧滴；S2：使用噴頭直接在高透塑料采集卡所在區(qū)域上方實(shí)施常規(guī)噴霧；S3：完成霧滴接收之后，將采集卡放置在下殼體的高透防水擋板上，合起上殼體，整個(gè)設(shè)備由遮光防水外殼構(gòu)成了一個(gè)封閉的檢測(cè)空間；S4：開(kāi)啟設(shè)備電源，利用手機(jī)上的藍(lán)牙模塊成功配對(duì)檢測(cè)設(shè)備，采集設(shè)備自動(dòng)開(kāi)啟圖像采集任務(wù)，完成圖像采集后將數(shù)據(jù)通過(guò)射頻通訊模塊發(fā)送到手機(jī)終端，終端系統(tǒng)利用算法統(tǒng)計(jì)出采集的霧滴圖像粒徑和分布信息。其中包括：S41：系統(tǒng)首先啟動(dòng)高分背景液晶背景屏，根據(jù)霧滴本體顏色特征，選出適宜的檢測(cè)亮度值，并顯示用于采集和分析的純色參考背景圖。S42：通過(guò)微型數(shù)碼顯微圖像采集模塊采集高清霧滴圖像。S43：將霧滴圖像中非目標(biāo)檢測(cè)區(qū)域的部分分割出去，把剩下的部分進(jìn)行真彩色圖像對(duì)比度增強(qiáng)處理。首先將圖像從RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到HSB顏色空間中，利用灰度圖直方圖均衡化方案對(duì)B通道顏色進(jìn)行調(diào)整，之后重新將HSB顏色融合，轉(zhuǎn)換回RGB顏色空間。S44：利用液晶背景上顆粒的排列順序分割背景為顆粒區(qū)域和空隙區(qū)域，利用光線在半球形的霧滴和空氣分界面折射產(chǎn)生的色散現(xiàn)象構(gòu)建出霧滴色度畸變目標(biāo)檢測(cè)模型。S45：進(jìn)行霧滴尺寸參數(shù)解算。S5：在完成霧滴信息的分析之后，通過(guò)手機(jī)終端便可以直觀的看到設(shè)備單次反饋回的霧滴圖像粒徑和分布統(tǒng)計(jì)情況。S6：打開(kāi)設(shè)備更換或者清洗高透塑料采集卡片，點(diǎn)擊按鈕重置設(shè)備，依前述步驟S1至S5依次進(jìn)行操作，進(jìn)行重復(fù)多次測(cè)量。與現(xiàn)有方案相比，本發(fā)明通過(guò)結(jié)合微型數(shù)碼圖像檢測(cè)設(shè)備和嵌入式圖像處理技術(shù)和方法，完成了對(duì)戶(hù)外現(xiàn)場(chǎng)噴霧作業(yè)的霧滴粒徑和分布規(guī)律的快速有效檢測(cè)。整個(gè)檢測(cè)操作工序更簡(jiǎn)單，檢測(cè)速度更快，設(shè)備整體造價(jià)更低。其中高清液晶背景霧滴照明方案可以更有效的提供均勻的環(huán)境光，并且可以更有效的針對(duì)不同霧滴粒徑調(diào)整背景配色方案以提升霧滴前景檢測(cè)與分割的對(duì)比度，增加霧滴粒徑檢測(cè)精度的同時(shí)有效的提升了霧滴現(xiàn)場(chǎng)采集時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)采集環(huán)境的適應(yīng)能力。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明的便攜式霧滴粒徑檢測(cè)方法流程圖；圖2是本發(fā)明的便攜式霧滴粒徑檢測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)圖；其中，1、設(shè)備開(kāi)啟按鈕，2、電池電源管理模塊，3、微控制器模塊，4、射頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊，5、微型數(shù)碼顯微圖像采集模塊，6、遮光防水外殼，7、高透霧滴采集塑料墊片，8、高分液晶背景屏幕，9、高透防水擋板，10、測(cè)微標(biāo)尺。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作詳細(xì)說(shuō)明。圖2是本發(fā)明的便攜式霧滴粒徑檢測(cè)設(shè)備結(jié)構(gòu)圖，具體包括遮光防水外殼6，固定在上殼體的設(shè)備啟?？傞_(kāi)關(guān)1。殼體內(nèi)部設(shè)有電池電源管理模塊2，微控制器模塊3，接在微控制器模塊之上的有射頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊4和微型數(shù)碼顯微圖像采集模塊5。設(shè)備上下外殼通過(guò)高透防水擋板9完成內(nèi)部防水密封。測(cè)微標(biāo)尺10貼合在下防水擋板9的內(nèi)壁，下殼體中嵌入高分液晶背景屏幕8及部分外圍電路，通過(guò)合上的上殼體中電池電源管理模塊2完成對(duì)其供電。下殼體中高透防水擋板9上放置用于收集噴霧霧滴的高透塑料墊片7。圖1為本發(fā)明的便攜式霧滴粒徑檢測(cè)方法的執(zhí)行流程圖。該方法首先根據(jù)霧滴尺寸和顏色信息選擇對(duì)比度更高的液晶背景亮度，利用微型數(shù)碼顯微圖像采集模塊采集霧滴圖像，利用射頻數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊完成圖像向配對(duì)手機(jī)終端的發(fā)送。手機(jī)終端在收到最新采集圖像之后，首先進(jìn)行圖像的有效區(qū)域提取和測(cè)微標(biāo)尺標(biāo)志線的提取。利用液晶背景上顆粒的排列順序分割背景為顆粒區(qū)域和空隙區(qū)域，接著利用像素在RGB顏色空間下畸變度和形態(tài)學(xué)濾波算法快速提取霧滴粒徑分布目標(biāo)區(qū)域。最后利用測(cè)微標(biāo)尺刻度完成粒徑的像素尺寸到現(xiàn)實(shí)尺寸參數(shù)的解算，給出統(tǒng)計(jì)解算結(jié)果。具體步驟如下：(1)在一張高透塑料采集卡中心區(qū)域均勻的涂抹上一層硅油，放置在霧滴覆蓋區(qū)域用于采集霧滴；(2)使用噴頭直接在高透塑料采集卡所在區(qū)域上方實(shí)施常規(guī)噴霧；(3)完成霧滴接收之后，將采集卡放置在下殼體的高透防水擋板上，合起上殼體，整個(gè)設(shè)備由遮光防水外殼構(gòu)成了一個(gè)封閉的檢測(cè)空間；(4)開(kāi)啟設(shè)備電源，利用手機(jī)上的藍(lán)牙模塊成功配對(duì)檢測(cè)設(shè)備，采集設(shè)備自動(dòng)開(kāi)啟圖像采集任務(wù)，完成圖像采集后將數(shù)據(jù)通過(guò)射頻通訊模塊發(fā)送到手機(jī)終端，終端系統(tǒng)利用算法統(tǒng)計(jì)出采集的霧滴圖像粒徑和分布信息。其中包括：(a)系統(tǒng)首先啟動(dòng)高分背景液晶背景屏，根據(jù)霧滴本體顏色特征，選出適宜的檢測(cè)亮度值，并顯示用于采集和分析的純色參考背景圖。(b)通過(guò)微型數(shù)碼顯微圖像采集模塊采集高清霧滴圖像。(c)將霧滴圖像中非目標(biāo)檢測(cè)區(qū)域的部分分割出去，把剩下的部分進(jìn)行真彩色圖像對(duì)比度增強(qiáng)處理。首先將圖像從RGB顏色空間轉(zhuǎn)換到HSB顏色空間中，利用灰度圖直方圖均衡化方案對(duì)B通道顏色進(jìn)行調(diào)整，之后重新將HSB顏色融合，轉(zhuǎn)換回RGB顏色空間。(d)利用液晶背景上顆粒的排列順序分割背景為顆粒區(qū)域和空隙區(qū)域，利用光線在半球形的霧滴和空氣分界面折射產(chǎn)生的色散現(xiàn)象構(gòu)建出霧滴色度畸變目標(biāo)檢測(cè)模型。具體算法如下：算法先對(duì)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化，以檢測(cè)區(qū)域內(nèi)劃分的規(guī)則格網(wǎng)作為處理和判斷的基本單元；令為參考向量，為圖像中像素的顏色向量，在網(wǎng)格單元中根據(jù)公式Pix=1,V→nV→p|V→n||V→p|>Thr0,V→nV→p|V→n||V→p|<=Thr]]>快速的提取目標(biāo)像素點(diǎn)，并且統(tǒng)計(jì)單個(gè)網(wǎng)格內(nèi)目標(biāo)像素點(diǎn)個(gè)數(shù)；以單個(gè)網(wǎng)格區(qū)域?yàn)榛鶞?zhǔn)，過(guò)濾掉有效點(diǎn)密度過(guò)低的單元，在有效點(diǎn)密度達(dá)到要求的前景網(wǎng)格中統(tǒng)計(jì)單元中的有效點(diǎn)分布質(zhì)心位置。令N為有效像素個(gè)數(shù)，和為前景網(wǎng)格中聯(lián)通體的有效點(diǎn)質(zhì)心，公式如下：tx‾=1NΣi=1Nxity‾=1NΣi=1Nyi]]>由于霧滴呈現(xiàn)圓形特征，在提取的每個(gè)目標(biāo)聯(lián)通體中，此處使用環(huán)形顏色畸變比來(lái)進(jìn)行霧滴的有效性判定，同時(shí)剔除受到噪聲干擾而形成的無(wú)效聯(lián)通體。和為位置半徑為r情況下提取的坐標(biāo)序列，當(dāng)r∈[2,N],N為常規(guī)液滴半徑的最大值，M(r)為半徑為r的環(huán)形檢測(cè)點(diǎn)總數(shù)，有判定公式如下：C(r)=ΣiM(r)Pix(Xci(tx‾,ty‾,r),Yci(tx‾,ty‾,r))]]>環(huán)行結(jié)構(gòu)檢測(cè)過(guò)程中，如果有C(r)/M(r)＞Tr，則擴(kuò)大繼續(xù)嘗試檢測(cè)半徑r，直到條件不滿(mǎn)足為止，此時(shí)半徑r形成的圓形即為霧滴在墊片上形成的橫截面。其中，如果C(r＝2)/M(r)＜Tr時(shí)，則判定為噪聲聯(lián)通體。(e)進(jìn)行霧滴尺寸參數(shù)解算。利用測(cè)微標(biāo)尺，可以容易的獲取圖像中每個(gè)像素所對(duì)應(yīng)的實(shí)際空間中的尺寸單位D，則最終的霧滴截面積尺寸換算為S＝π(Dr)2。(5)在完成霧滴信息的分析之后，通過(guò)手機(jī)終端便可以直觀的看到設(shè)備單次反饋回的霧滴圖像粒徑和分布統(tǒng)計(jì)情況。(6)需要進(jìn)行重復(fù)測(cè)量時(shí)，打開(kāi)設(shè)備更換或者清洗高透塑料采集卡片，點(diǎn)擊按鈕重置設(shè)備，依前述步驟S1至S5依次進(jìn)行操作。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可理想得到的變換和改型，也應(yīng)視為被涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3