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(shù)，準(zhǔn)確測(cè)量霧滴覆蓋率、沉淀率以及分析兩者之間的關(guān)系對(duì)更好地控制噴霧各過(guò)程具有重要意義。通過(guò)LED光箱及超精度掃描儀采集高質(zhì)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(jì)算覆蓋率和沉積率的關(guān)系。

關(guān)鍵詞 LED光箱；圖像采集； 圖像處理；覆蓋率；沉積率

中圖分類(lèi)號(hào)：TH89 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：1673-890X（2015）18-0-02

1 樣本的采集

選擇一株長(zhǎng)勢(shì)正常的樹(shù)，在其上隨機(jī)且全范圍的懸掛布置足量的試紙。配置適當(dāng)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(wú)風(fēng)、晴天），用噴霧機(jī)對(duì)已布置好采樣試紙的樹(shù)進(jìn)行模擬農(nóng)作物噴霧試驗(yàn)[1]。噴霧試驗(yàn)結(jié)束后，待一段時(shí)間至霧滴風(fēng)干，將選取樹(shù)上的采樣試紙取下收回并編號(hào)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(guò)程，調(diào)節(jié)LED燈光箱光箱載物臺(tái)至一個(gè)能夠清楚地采集到圖像的高度（14.6 cm），通過(guò)數(shù)字控制器對(duì)LED燈箱調(diào)節(jié)，在R、G、B組合不同的情況下（216），用工業(yè)相機(jī)在75%的分辨率下對(duì)試紙樣本進(jìn)行圖像采集，同一樣本進(jìn)行216次圖像采集，對(duì)多個(gè)樣本進(jìn)行圖像采集，剔除全黑的圖片，將剩下的在不同光質(zhì)下采集到的圖像進(jìn)行編號(hào)保存。

2.2 RGB的確定方法

首先，對(duì)已編號(hào)圖像圖片進(jìn)行一個(gè)批量的剪切處理，然后是利用ImageJ軟件對(duì)圖片進(jìn)行灰度化處理，計(jì)算其覆蓋率，對(duì)應(yīng)編號(hào)相應(yīng)記錄[2]。其次，利用MATLAB對(duì)圖像進(jìn)行二值化和灰度化處理，計(jì)算其霧滴點(diǎn)的均值和方差大小，方差越大說(shuō)明霧滴大小波動(dòng)越大，從而說(shuō)明覆蓋率越大。通過(guò)比較計(jì)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(duì)應(yīng)的RGB組合，通過(guò)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(cè)為R∶100， G∶150， B∶150；右側(cè)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(duì)上述相同的多個(gè)樣本進(jìn)行圖像掃描采集并編號(hào)保存。

3.2 計(jì)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(cè)得的覆蓋率，可以觀察到分辨率由100到600的變化過(guò)程中覆蓋率呈明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)，當(dāng)分辨大于600時(shí)，呈緩慢下降趨勢(shì)，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(jì)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(wěn)定的人為誤差因素，但優(yōu)點(diǎn)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(zhì)量[3]。在本實(shí)驗(yàn)中，考慮到掃描任務(wù)比較大，最終確定了使用掃描儀作為本實(shí)驗(yàn)樣本。

4.2 樣本圖像的采集與處理

使用掃描儀對(duì)所有采集到的樣本進(jìn)行分辨率為600下的圖像掃描，并編號(hào)處理；使用圖像處理軟件對(duì)采集到的圖像照片進(jìn)行批量處理，以便于接下來(lái)霧滴覆蓋率的計(jì)算。

4.3 霧滴圖像圖片覆蓋率的計(jì)算

使用圖像處理軟件Image J對(duì)掃描儀在600分辨率下掃描的到的照片進(jìn)行霧滴覆蓋率的計(jì)算，先使用Image J對(duì)圖片進(jìn)行一個(gè)8bit的類(lèi)型轉(zhuǎn)化進(jìn)行灰度化處理，再計(jì)算其覆蓋率并進(jìn)行編號(hào)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(jì)算

本實(shí)驗(yàn)是通過(guò)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(lái)計(jì)算霧滴沉淀率，將計(jì)算好霧滴覆蓋率的圖片進(jìn)行剪切碎片處理，添加適量定量的實(shí)驗(yàn)純水（本實(shí)驗(yàn)50mL）進(jìn)行充分溶解，通過(guò)使用分光光度儀測(cè)定溶解溶液的吸光度，根據(jù)測(cè)得的absorbance進(jìn)而根據(jù)公式A=a*b*c轉(zhuǎn)化求得相應(yīng)樣本溶液的濃度進(jìn)而求的沉淀率。

式中：A為吸光度；a為吸光系數(shù)，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(guān)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(guò)比較分析溶液吸光度的大小來(lái)間接代表溶液的濃度。使用MATLAB對(duì)霧滴覆蓋率及沉淀率進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，先將其對(duì)應(yīng)的描述到坐標(biāo)散點(diǎn)圖上，然后利用函數(shù)擬合工具箱確定擬合函數(shù)的階數(shù)，最終確定了擬合函數(shù)為2階函數(shù)。

圖 4 覆蓋率沉淀率散點(diǎn)圖及擬合函數(shù)

圖4 是使用MATLAB對(duì)覆蓋率和沉淀率生成的坐標(biāo)散點(diǎn)圖以及擬合生成的函數(shù)圖像，用到了MATLAB擬合程序。

7 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)研究，確定了LED燈光箱采集本實(shí)驗(yàn)圖片（藍(lán)色背景）的最佳RGB組合為R∶100， G∶150， B∶150（50， 150， 150）；確定了本實(shí)驗(yàn)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(nèi)霧滴覆蓋率與沉淀率的關(guān)系函數(shù)

Y=-0.0002x?+0.0202x+0.0742

參考文獻(xiàn)

[1]張振磊.基于數(shù)字圖像的霧滴沉積分布試驗(yàn)研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2009.

[2]顧家冰.風(fēng)送式變量噴霧機(jī)氣液兩相流及霧化的試驗(yàn)研究[D].南京：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，2012.

[3]薛峰.圖象處理在霧滴關(guān)鍵參數(shù)測(cè)量中的應(yīng)用[D].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)，2005.

（責(zé)任編輯：趙中正）