喷雾作业效果检测方法的研究

张宁

摘 要 雾滴覆盖率以及沉淀率是衡量喷雾效果的重要参数，准确测量雾滴覆盖率、沉淀率以及分析两者之间的关系对更好地控制喷雾各过程具有重要意义。通过LED光箱及超精度扫描仪采集高质量的雾滴图像着重探讨试纸上图像分析算法的研究，旨在获取试纸上的雾滴覆盖率以及利用荧光示踪剂分析计算覆盖率和沉积率的关系。

关键词 LED光箱；图像采集； 图像处理；覆盖率；沉积率

中图分类号：TH89 文献标志码：B 文章编号：1673-890X（2015）18-0-02

1 样本的采集

选择一株长势正常的树，在其上随机且全范围的悬挂布置足量的试纸。配置适当浓度（5 g/L）的丽春红喷雾试剂，在自然条件合适的情况下（无风、晴天），用喷雾机对已布置好采样试纸的树进行模拟农作物喷雾试验[1]。喷雾试验结束后，待一段时间至雾滴风干，将选取树上的采样试纸取下收回并编号处理。

2 确定LED灯光箱采集图片的RGB组合

2.1 LED灯光箱集样本图像图片

采集过程，调节LED灯光箱光箱载物台至一个能够清楚地采集到图像的高度（14.6 cm），通过数字控制器对LED灯箱调节，在R、G、B组合不同的情况下（216），用工业相机在75%的分辨率下对试纸样本进行图像采集，同一样本进行216次图像采集，对多个样本进行图像采集，剔除全黑的图片，将剩下的在不同光质下采集到的图像进行编号保存。

2.2 RGB的确定方法

首先，对已编号图像图片进行一个批量的剪切处理，然后是利用ImageJ软件对图片进行灰度化处理，计算其覆盖率，对应编号相应记录[2]。其次，利用MATLAB对图像进行二值化和灰度化处理，计算其雾滴点的均值和方差大小，方差越大说明雾滴大小波动越大，从而说明覆盖率越大。通过比较计算得到的雾滴覆盖率与方差，可以证明其方差大的雾滴覆盖率也大。

表1为筛选出的10组方差较大的覆盖率与其对应的RGB组合，通过表1可以看出覆盖率为44.36的RGB组合（100， 150， 150）和覆盖率为44.26的RGB组合（50， 150， 150）均可作为采集图像的RGB的最佳组合。

图 2 选取RGB组合采集的照片

图2是选取2的RGB组合采集到的照片，左侧为R∶100， G∶150， B∶150；右侧为R∶50， G∶150， B∶150。

3 确定扫描仪扫描图片的分辨率

3.1 扫描方法

用扫描仪在分辨率分别为100， 150， 300， 600， 1 000， 1 200， 2 000的情况下对上述相同的多个样本进行图像扫描采集并编号保存。

3.2 计算扫描图像覆盖

表3 是10组样本不同分辨率下扫描图像测得的覆盖率，可以观察到分辨率由100到600的变化过程中覆盖率呈明显增长趋势，当分辨大于600时，呈缓慢下降趋势，由此确定扫描仪扫描图像使用的分辨率为600。

4 样本覆盖率的计算

4.1 图片采集方法的比较与选择

使用LED光箱采集与使用精度扫描仪扫描图片是两种不同的图片图像采集方法，前者存不稳定的人为误差因素，但优点是可以知道在什么样的光照下采集到较好的图像。而后者使用扫描仪在精度上保证了其质量[3]。在本实验中，考虑到扫描任务比较大，最终确定了使用扫描仪作为本实验样本。

4.2 样本图像的采集与处理

使用扫描仪对所有采集到的样本进行分辨率为600下的图像扫描，并编号处理；使用图像处理软件对采集到的图像照片进行批量处理，以便于接下来雾滴覆盖率的计算。

4.3 雾滴图像图片覆盖率的计算

使用图像处理软件Image J对扫描仪在600分辨率下扫描的到的照片进行雾滴覆盖率的计算，先使用Image J对图片进行一个8bit的类型转化进行灰度化处理，再计算其覆盖率并进行编号记录，得到所有样本在600分辨率下的覆盖率。

5 雾滴图片图像沉淀率的计算

本实验是通过配比丽春红溶液（5g/L）在采样试纸上喷洒雾滴并在其上染色原理来计算雾滴沉淀率，将计算好雾滴覆盖率的图片进行剪切碎片处理，添加适量定量的实验纯水（本实验50mL）进行充分溶解，通过使用分光光度仪测定溶解溶液的吸光度，根据测得的absorbance进而根据公式A=a*b*c转化求得相应样本溶液的浓度进而求的沉淀率。

式中：A为吸光度；a为吸光系数，单位L/（g/cm）；b为液层厚度（通常为比色皿的厚度），单位：cm；c为溶液浓度，单位g/L。

6 雾滴覆盖率与沉淀率关系分析

溶液的吸光度的大小在一定程度上代表着溶液浓度的大小，通过比较分析溶液吸光度的大小来间接代表溶液的浓度。使用MATLAB对雾滴覆盖率及沉淀率进行数据处理，先将其对应的描述到坐标散点图上，然后利用函数拟合工具箱确定拟合函数的阶数，最终确定了拟合函数为2阶函数。

图 4 覆盖率沉淀率散点图及拟合函数

图4 是使用MATLAB对覆盖率和沉淀率生成的坐标散点图以及拟合生成的函数图像，用到了MATLAB拟合程序。

7 结语

通过本次实验研究，确定了LED灯光箱采集本实验图片（蓝色背景）的最佳RGB组合为R∶100， G∶150， B∶150（50， 150， 150）；确定了本实验扫描仪扫描图像的最佳分辨率为600；分析并拟合得到了一定范围内雾滴覆盖率与沉淀率的关系函数

Y=-0.0002x?+0.0202x+0.0742

参考文献

[1]张振磊.基于数字图像的雾滴沉积分布试验研究[D].镇江：江苏大学，2009.

[2]顾家冰.风送式变量喷雾机气液两相流及雾化的试验研究[D].南京：南京农业大学，2012.

[3]薛峰.图象处理在雾滴关键参数测量中的应用[D].北京：中国农业大学，2005.

（责任编辑：赵中正）