[发明专利]一种基于ImagePy的水敏纸雾滴参数测量装置及其测量方法

权利要求书

1.一种基于ImagePy的水敏纸雾滴参数测量装置，包括水敏纸图像采集模块、图像处理模块及雾滴参数统计模块；

所述图像处理模块包括基于ImagePy的 预处理模块、图像自动旋转裁剪模块、图像拼接模块、彩色图像分割模块；

所述雾滴参数统计模块，包括雾滴最大值、最小值、平均值、中值、雾滴覆盖率以及雾滴个数参数统计；其中，雾滴覆盖率和雾滴中值功能通过编写程序在ImagePy原有功能基础上添加此两项功能；

所述预处理模块首先对水敏纸图像进行灰度化、二值化、取反、腐蚀、滤波操作，消除无用信息的干扰，再进行区域分析操作，对水敏纸图像进行区域筛选，利用area阈值滤除不属于水敏纸的噪声；由于每一张水敏纸图像都是固定大小，将图像大小 作为阈值，选取area阈值=1000000，小于这个值则被认定为是不需要的噪声，将其滤除，从而得到仅含有水敏纸图像的区域；

所述图像自动旋转裁剪模块，通过最小外接矩形函数minAreaRect和垂直边界最小正矩形函数boundingRect实现水敏纸图像的自动旋转裁剪；采用最小外接矩形函数minAreaRect确定水敏纸图像需要旋转的角度，根据得到的旋转角度对彩色水敏纸图像进行旋转，获得归正的彩色水敏纸图像；采用垂直边界最小正矩形函数boundingRect来获取感兴趣区域，实现彩色水敏纸图像区域的裁剪；

所述图像拼接模块，对于采集到的水敏纸图像，通过编程，定义img_center为中间1/2区域，img[1]为左1/4区域，img[2]为右1/4区域， img[3]为img[1]与img[2]拼接的图像，输出img[3]和img_center；

所述彩色图像分割模块，采用的是RGB颜色空间模型，采用彩色图像分割法进一步对水敏纸图像进行分割，设置R、G、B三种颜色的阈值：R、G、B三种颜色的数值范围为0~255，根据颜色来设置阈值，并根据设置的阈值，将图像中RGB三通道颜色数值小于阈值的区域，也就是雾滴区域显示成白色，其它区域也就是背景显示成黑色，从而得到需要的雾滴区域；

所述雾滴参数统计模块为，通过编程，在ImagePy原有基础上，编写了雾滴覆盖率及雾滴尺寸中间值的程序，在完成图像处理后，统计测量雾滴各项参数，包括雾滴最大值、最小值、平均值、中值、雾滴覆盖率以及雾滴个数的统计。

2.一种基于ImagePy的水敏纸雾滴参数的测量方法，具体包括以下步骤：

步骤一、水敏纸图像的采集：

1）将水敏纸缠绕固定在与麦苗同一高度水平的竖杆上形成一个圆柱体，水敏纸中间的1/2区域面向农用机械喷洒农药的方向，水敏纸左侧1/4区域和右侧1/4区域粘贴在一起，为农用机械不能直接喷洒到的地方，即背面；

2）通过改变喷洒农药的喷嘴型号和喷药的压力，携带农药的农用机械在试验麦田中分别进行多次喷洒实验，每次喷洒实验在农用机械驶过的不同位置可获得顺序编号的多张水敏纸；

3）将上一步所得到的水敏纸粘贴在同一张纸上，通过图像采集模块采集得到一组实验收集的水敏纸图像；

步骤二、水敏纸图像处理过程：

1）用图像采集模块采集步骤一第3）步得到的水敏纸图像，并导入到电脑中，使用ImagePy软件打开要处理的水敏纸图像；

2）利用ImagePy软件首先对水敏纸图像进行灰度化、二值化、取反、腐蚀、滤波操作，消除无用信息的干扰，再进行区域分析操作，对水敏纸图像进行区域筛选，利用area阈值滤除不属于水敏纸的噪声；由于每一张水敏纸图像都是固定大小，选取area阈值=1000000，小于这个值则被认定为是不需要的噪声，将其滤除，从而得到仅含有水敏纸图像的区域；

3）通过水敏纸图像自动旋转裁剪模块，借助最小外接矩形函数minAreaRect和垂直边界最小正矩形函数boundingRect，实现步骤二第2）步得到的水敏纸图像的区域自动旋转裁剪：采用最小外接矩形函数minAreaRect确定水敏纸图像需要旋转的角度，根据得到的旋转角度对彩色水敏纸图像进行旋转，获得归正的彩色水敏纸图像；采用垂直边界最小正矩形函数boundingRect来获取感兴趣区域，实现彩色水敏纸图像区域的裁剪；

4）根据田间喷施农药的真实情况，通过在开源软件ImagePy图像处理软件中添加名为montage img的图像拼接模块，将采集到的水敏纸图像，裁剪为图像的左侧1/4区域，中间1/2区域，右侧1/4区域，再将左侧1/4与右侧1/4拼接在一起，作为农作物的背面；

5）通过彩色图像分割模块，采用彩色图像分割法进一步对水敏纸图像进行分割，设置R、G、B三种颜色的阈值：R、G、B三种颜色的数值范围为0~255，根据颜色来设置阈值，并根据设置的阈值，将图像中RGB三通道颜色数值小于阈值的区域，也就是雾滴区域显示成白色，其它区域也就是背景显示成黑色，从而得到需要的雾滴区域；

步骤三、雾滴参数测量方法：

将步骤二第5）步得到的水敏纸图像通过雾滴参数统计模块统计雾滴参数，包括雾滴最大值、最小值、平均值、中值、雾滴覆盖率以及雾滴个数参数统计；其中，雾滴覆盖率和雾滴中值功能通过编写程序，在ImagePy原有功能基础上添加：雾滴覆盖率程序根据公式（1）编写；雾滴中值程序则根据雾滴个数的奇偶数来计算，将所有的数按从小到大顺序排序，若为奇数则直接取中间的值，若为偶数，则把位于中间位置的两数相加除以2得到中值；即可在ImagePy软件中实现雾滴参数的自动统计；

雾滴覆盖率通过雾滴覆盖区域面积占统计总面积的百分比计算：

（1）

式中：为雾滴覆盖率；为雾滴区域像素数；为试纸区域总像素数。