植保机械雾化性能的图像检测方法研究

摘要

针对植保机械雾化性能检测常规方法中存在的喷雾场干扰，人为误差大以及无法分析雾滴运动等不足，本文提出了利用数字图像处理技术对植保机械喷雾角、雾滴沉积均匀性以及雾滴沉降速度和漂移性等雾化性能进行检测的方法。 建立了利用数字图像处理技术对其喷雾角进行检测分析的方法，该方法避免了传统方法中直接测量喷雾角时对喷雾场的干扰破坏，同时减少了人工几何测量方法中的误差。并以常温烟雾机为研究对象，通过对不同工况下喷雾角的分析，得出了常温烟雾机喷雾角度大小与压力之间的关系。 在温室内药液沉积均匀性检测中，通过人工显微镜法检测雾滴粒度和图像法计算雾滴覆盖度两种方法对比分析了温室内药液沉积均匀性。实验结果表明：人工显微镜法由于仅考虑雾滴的粒度信息，而且不同观测者的测量结果最大相差50％，从而导致测量结果缺乏足够的准确性；利用图像检测雾滴覆盖度方法分析雾滴沉积均匀性，其测量结果除了能够考虑雾滴的粒度信息，而且能够考虑雾滴粒径信息，特别是能够避免不同观测者的测量误差给测量结果带来的影响。 利用高速摄像机结合数字图像处理技术分析雾滴运动方法中，以背负式手动喷雾器喷雾场雾滴沉降区的雾滴运动图像序列为研究对象，对图像中的雾滴形心位置、周长以及当量直径等特征参数进行计算与统计，实现了单帧雾滴图像的规则化二维重建。通过建立利用标记点跟踪和雾滴邻域匹配概率方法对相邻图像中的同一雾滴进行了匹配跟踪，能够实现对雾滴运动轨迹的拟合。根据雾滴在水平和竖直方向上的运动速率的分析结果，得出了雾滴大小与雾滴沉降速度和飘移性之间的关系。 为了推广图像处理方法在植保机械雾化性能检测中的应用，本文提出了植保机械雾化性能检测系统的硬件和软件设计方案，并给出了部分雾化性能检测的图像处理功能函数，从而为实现植保机械雾化性能检测与分析系统奠定了基础。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1数字图像处理及其在农业工程中的应用

1.1.1数字图像处理概论

1.1.2数字图像处理在农业工程中的应用

1.2植保机械的研究及其雾化检测技术现状

1.2.1我国植保机械研究现状与发展趋势

1.2.2喷雾性能测试技术的发展

1.2.3当前国内喷雾性能检测技术中存在的问题

1.3本论文主要工作

1.3.1研究的目的和意义

1.3.2主要的研究工作

1.4本章小结

第二章喷雾图像的获取与预处理

2.1喷雾图像的获取

2.1.1 CCD成像技术

2.1.2高速图像采集系统工作原理

2.1.3喷雾图像预处理流程图

2.2灰度直方图的显示与处理

2.2.1灰度直方图

2.2.2直方图的函数变换显示

2.2.3直方图均衡化处理

2.3图像增强处理

2.3.1图像的平滑运算

2.3.2图像中值滤波

2.4阈值二值化

2.5本章小结

第三章植保机械喷雾角的图像法检测

3.1喷雾质量的衡量指标

3.1.1雾化质量的评价指标

3.1.2雾化质量的影响因素

3.1.3喷雾角的定义及理论计算

3.2喷雾角测量系统装置与步骤

3.2.1实验装置

3.2.2实验步骤

3.3喷雾角的数字图像检测方法

3.3.1边界拟合喷雾角

3.3.2喷雾角图像的预处理

3.3.3边界的提取与拟合

3.3.4拟合的误差分析

3.3.5喷雾角的计算

3.4实验结果分析

3.4.1边界拟合参数

3.4.2拟合置信度分析

3.4.3检测结果分析

3.5本章小结

第四章雾滴沉积均匀性图像分析法

4.1实验装置与雾滴采样方法

4.1.1实验装置及施药方法

4.1.2雾滴沉积采样方法

4.2人工显微镜雾滴粒度检测与误差分析

4.2.1分析装置及方法

4.2.2实验结果及分析

4.2.3人为主观因素对雾滴粒度检测分析结果的影响

4.3图像法在雾滴沉积均匀性分析中的应用

4.3.1雾滴采样纸卡图像的采集与预处理

4.3.2雾滴沉积覆盖度计算

4.3.3温室空间雾滴覆盖度实验结果分析

4.4本章小结

第五章雾滴形态特征统计及沉积速度图像法分析

5.1雾滴图像的获取与预处理

5.1.1雾滴图像的获取

5.1.2雾滴图像的预处理

5.1.3雾滴图像的标定

5.1.4雾滴标签化处理

5.2雾滴形态特征统计分析

5.2.1雾滴的形态特征参数的计算方法

5.2.2数据处理结果与分析

5.2.3雾滴图像的重建方法

5.3雾滴运动分析

5.3.1雾滴运动的影响因素及理论计算

5.3.2雾滴点的跟踪匹配方法

5.3.3单个雾滴点的二维运动轨迹的拟合

5.3.4雾滴二维运动速度分析

5.4本章小结

第六章雾化性能检测系统软件设计

6.1雾化性能检测系统设计

6.1.1雾化性能检测系统硬件设计

6.1.2软件系统功能模块设计

6.2分析系统软件程序及界面设计

6.2.1软件程序设计

6.2.2软件界面设计

6.3本章小结

第七章结论

7.1本课题的主要工作与结论

7.2进一步研究建议

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的主要论文