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1、2006年5月农业机械学报第37卷第5期*基于高速图像的雾滴尺寸分布统计与运动分析史春建邱白晶汤伯敏刘保玲【摘要】针对植保机械雾滴尺寸分布统计及运动分析方法存在的不足,提出了利用高速摄像机结合数字图像处理技术对雾化场的空间雾滴尺寸分布和雾滴的运动进行分析的方法。实现了空间雾滴尺寸分布的快速统计分析,避免了对雾化场的干扰。利用图像序列中的时间差信息对雾滴在水平和垂直方向上的速率进行了分析,为进一步分析雾滴的沉降及漂移特性提供了有效方法。关键词:雾滴分布图像处理运动分析中图分类号:S491文献标识码:AAnal
2、ysisofDropletSizeDistributionandMovementBasedonHighSpeedImageProcessing1121ShiChunjianQiuBaijingTangBominLiuBaoling(1.JiangsuUniversity2.NanjingResearchInstituteforAgriculturalMechanization)AbstractInordertosolvetheproblemsintheanalysisofdropletssizedistri
3、butionandmovementinsprayfield,anewmethodisgivenfortheanalysisofdropletssizedistributionandmovementwithhighspeedimageranddigitalimageprocessing.Itcanrealizethestatisticalanalysisofdropletssizedistributionandavoidtheinterferenceinsprayfield,atthesametimeitca
4、nbeabetterwayforanalyzingtheverticalandhorizontalvelocityofdropletinsprayfield.KeywordsDropletdistribution,Imageprocessing,Movementanalysis液雾化成雾滴后在空间的运动,对研究雾滴的沉降引言过程及漂移性具有重要的意义。但由于雾滴的运动施药防治方法是当今植物保护的主要手段,提受到诸多因素的影响,当前还没有比较完善的理论高施药器械雾化性能对于药液的充分利用以及环境方程来计算雾滴
5、的运动情况,雾滴的运动分析也缺[1][4]保护有着重要的意义。雾滴尺寸分布特性及其飘乏有效的方法。移特性是评价植保机械雾化性能关键的技术指针对雾滴尺寸分布特征统计及运动分析中存在[2]标。在以往研究中,通常采用纸卡收集雾滴的方法的不足,提出利用高速数字摄像机结合数字图像处对雾滴尺寸分布进行分析,此方法只能测得雾滴在理技术对雾滴尺寸分布特性及其运动进行分析的方纸卡上形成斑痕后的雾滴尺寸。虽然斑痕法测得的法。尺寸分布特性与雾滴的实际尺寸分布特性存在着一1实验装置与图像预处理定的关系,但由于一些细小雾滴在其生存期
6、一直悬浮于空气中,并且极易蒸发,所以很难通过纸卡采样1.1雾化装置与数字图像采集系统[3]的方法有效地研究雾滴尺寸分布的实际情况。药实验系统主要由雾化装置和数字图像采集与分收稿日期:20050120*国家科技部大型科学仪器协作共用及升级改造项目(项目编号:JG20021)史春建江苏大学江苏省现代农业装备与技术重点实验室硕士生,212013镇江市邱白晶江苏大学江苏省现代农业装备与技术重点实验室教授汤伯敏南京农业机械化研究所农业部植保机械重点开放实验室高级工程师,210014南京市刘保玲江苏大学江苏省现代农业装
7、备与技术重点实验室硕士生64农业机械学报2006年析系统2部分组成。雾化装置有压缩式喷雾器和圆标签化处理。即按从上到下、从左到右的顺序将图像锥雾喷头;数字图像采集装置有高速摄像机、计算中的雾滴目标进行自动编号(见图3)。图像经过标签机、监视器以及辅助光源,摄像机为美国Redlake公化算法处理后的结果如图3b所示。司生产的基于CCD技术的CR2000型一体式高速摄像机,可有效控制图像采集过程中因雾滴运动产生的模糊和拖尾现象。实验装置如图1所示。图1实验装置示意图Fig.1Schematicdiagramof
8、testrig1.光源2.雾化装置3.喷头4.监视器5.计算机6.高速摄像机1.2图像采集与预处理实验中,高速数字摄像机采集速度为1000帧/s,为了便于后续图像预处理,需将采集的图像进行格式变换、灰度化、图像增强以及最佳阈值二值化等数字图像预处理,图像预处理结果如图2所示。图3雾滴图像标签化结果Fig.3Imageafterbeinglabeled(a)原始空间雾滴图像(第00350帧)(b)标签化处理后图像2
