CN110736687A - 一种便携式水敏试纸雾滴参数分析设备及其分析方法 - Google Patents

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CN110736687A CN201911021769.0A CN201911021769A CN110736687A CN 110736687 A CN110736687 A CN 110736687A CN 201911021769 A CN201911021769 A CN 201911021769A CN 110736687 A CN110736687 A CN 110736687A
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袁梓文
陈尔怡
杨畅
严智威
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黄康华
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Abstract

本发明公开了一种便携式水敏试纸雾滴参数分析设备及其分析方法，包括遮光防水壳体、触摸显示屏、嵌入式开发板Jetson TK1、图像采集模块、LED灯源模块、电源管理模块、USB扩展槽；图像采集模块、LED灯源模块连接USB扩展槽，触摸显示屏、USB扩展槽连接嵌入式开发板Jetson TK1，嵌入式开发板Jetson TK1连接电源管理模块；遮光防水壳体内隔分有上、中、下三部分，嵌入式开发板Jetson TK1装在上部分的相应安装位，图像采集模块和LED灯源模块分别装在中部分的相应安装位，电源管理模块装在下部分一侧的相应安装位，下部分的底部保留有水敏试纸预设区域，水敏试纸放置在该区域中进行分析；触摸显示屏装在遮光防水壳体顶面。本发明可在田间实地、实时完成水敏试纸雾滴参数分析并显示雾滴分布图像，满足作业需要。

Description

一种便携式水敏试纸雾滴参数分析设备及其分析方法
技术领域
本发明涉及农业精准测量的技术领域，尤其是指一种便携式水敏试纸雾滴参数分析设备及其分析方法。
背景技术
植保机械的喷雾质量主要从雾滴的分布均匀性、漂移性和覆盖率进行评价。便携、易操作的雾滴沉积分布参数的快速分析设备是衡量农药喷施效果的重要辅助工具。而现有测量农药雾滴的沉积量的主流方法是间接测量方法。
间接测量方法的检测流程是指利用油盘、氧化镁采样板、水敏试纸等各种雾滴收集样本，再通过人工分析或图像处理的方法对收集样本内雾滴进行分析统计。
但是利用上述方法需要在采样后转移到实验室内利用光谱分析仪或电脑图像处理软件进行分析，既耗时又不可实时获取雾滴沉积分布，不便于多样本的田间检测。
快速获取施药后雾滴在靶标表面的沉积分布有助于了解农药的田间分布情况，水敏试纸雾滴图像处理是检测喷药沉积特性参数常用的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种便携式水敏试纸雾滴参数分析设备及其分析方法，该设备可在田间实地、实时完成水敏试纸雾滴参数分析并显示雾滴分布图像，满足田间作业的需要，为植保作业提供实地、实时喷施效果测量。该方法基于该设备实现，在野外复杂环境下能实地对水敏试纸的雾滴参数进行分析，实时显示雾滴分布图像和雾滴个数、大小和覆盖度等参数，满足植保作业效果的快速评价。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种便携式水敏试纸雾滴参数分析设备，包括遮光防水壳体及分别安装在该遮光防水壳体上的触摸显示屏、装有水敏试纸雾滴分析软件的嵌入式开发板Jetson TK1、图像采集模块、LED灯源模块、电源管理模块及作为USB扩展接口的USB扩展槽；所述图像采集模块、LED灯源模块分别连接USB扩展槽，所述触摸显示屏、USB扩展槽分别连接嵌入式开发板Jetson TK1，所述嵌入式开发板Jetson TK1与电源管理模块连接，由该电源管理模块供电；所述遮光防水壳体内部通过隔板隔分有上、中、下三部分，其中，所述嵌入式开发板Jetson TK1安装在上部分的相应安装位处，所述图像采集模块和LED灯源模块分别安装在中部分的相应安装位处，所述电源管理模块安装在下部分一侧的相应安装位处，且在该下部分的底部保留有水敏试纸预设区域，水敏试纸是放置在该区域中进行分析处理；所述遮光防水壳体的顶部形成有供触摸显示屏安装的安装位，所述触摸显示屏安装在该安装位处，并通过双头HDMI线与嵌入式开发板Jetson TK1连通，输出嵌入式开发板Jetson TK1的视频信号；所述图像采集模块位于水敏试纸预设区域的正上方，用于采集水敏试纸在水敏试纸预设区域中的图像，所述LED灯源模块位于图像采集模块的旁边，为图像采集模块提供光照，以确保采集图像的光源充足；所述遮光防水壳体的同一侧上分别安装有LED灯源模块开关和电源管理模块开关。
进一步，所述遮光防水壳体由上、下、左、右、前、后防水板拼装而成，内设有隔板，并采用PLA材料进行3D模型打印制作；所述触摸显示屏为7寸电容触摸屏，分辨率为1024*600，最高支持1920*1080；所述嵌入式开发板Jetson TK1采用嵌入式Linux开发平台，尺寸为127mm×127mm，重量为100g。
进一步，所述图像采集模块为威鑫视界AF500W1摄像头，采用自动对焦形式，最大分辨率为2592*1944。
进一步，所述LED灯源模块为外径80mm，24个贴片灯串联的圆环形灯圈，使得照明均匀，重量2g。
进一步，所述电源管理模块为可充电锂离子电池组，容量5000mAh，输出电压12V，最大放电电流3A。
本发明提供了一种上述便携式水敏试纸雾滴参数分析设备的分析方法，包括以下步骤：
S1：将水敏试纸放于遮光防水壳体内的水敏试纸预设区域，启动电源管理模块开关，连通电源后，将自行启动嵌入式开发板Jetson TK1，并且自启动打开水敏试纸雾滴分析软件；
S2：在水敏试纸雾滴分析软件操作界面点击“打开摄像头”，对水敏试纸的预设区域进行图像采集，得到原始图像；
S3：在触摸显示屏上，对原始图像进行手动框选雾滴区域，得到目标图像；
S4：对目标图像进行灰度化、二值化处理，得到目标二值化图像；其中，所述二值化处理采用的是自适应阈值化方法和高斯滤波，能根据图像不同区域亮度分布改变阈值，更好的抑制噪声；
S5：对二值化图像进行雾滴的轮廓提取，绘制最外层轮廓，得到目标轮廓图像，再对目标轮廓图像中所有轮廓的外围区域填充为原始图像的灰度值，得到目标雾滴图像；其中，在轮廓提取的过程中对提取到的每个轮廓存储为一个雾滴点向量，计算雾滴点向量个数能够得到雾滴个数；
S6：为了测量雾滴的长轴短轴，对目标雾滴图像的每个轮廓画出最小外框，把每个轮廓测量的最小外框的长和宽按顺序分别存储为长轴数组和短轴数组中；
由于实际测量中，雾滴在水敏试纸上的轮廓并不是标准圆，而是一个椭圆或者近似圆的图像，因此雾滴的粒径能够用长轴短轴来表示，长轴短轴的概念为：雾滴轮廓上相隔最远的两点之间的距离，称之为雾滴的长轴，与此长轴垂直且与雾滴轮廓的2个交点的线段最长的叫雾滴的短轴；
S7：通过轮廓面积算法，根据步骤S5统计的雾滴点向量计算每个轮廓面积，并将面积参数按顺序存储为面积数组中；
S8：计算每个轮廓的圆形度，并将圆形度参数按顺序存储为圆形度数组中；
S9：经S5、S6、S7、S8步骤统计的雾滴参数，需要将雾滴参数与每个轮廓一一对应，为此创建一个新数组，新数组用于存储每个轮廓的面积、长轴、短轴、圆形度，对新数组按面积参数从小到大的顺序排序；
S10：测量雾滴体积中值粒径，在步骤S9中已知道每个轮廓面积，进而计算雾滴总面积，此时只需要对雾滴的面积从小到大累加及比较，直到累加的面积值为总面积的50％，所对应的雾滴长轴为体积中值粒径；测量雾滴数量中值粒径，对步骤S9中已排序好的雾滴从小到大顺序累加，当累加的雾滴数目为雾滴总数的50％时，所对应的雾滴长轴为数量中值粒径；
S11：根据步骤S9中已统计的雾滴参数，计算水敏试纸的雾滴沉积分布，而雾滴沉积分布的主要参数包括：雾滴覆盖率、雾滴覆盖密度、雾滴当量直径、雾滴圆形度、雾滴变异系数以及雾滴谱。
在步骤S5中，所述雾滴点向量包括图像的拓扑信息，有轮廓的中心坐标、前一个轮廓和后一个轮廓的索引编号。
在步骤S7中，所述轮廓面积算法是采用OpenCV提供一个计算轮廓面积的函数contourArea()，将每个雾滴点向量的参数输入到contourArea()中就会计算整个轮廓的像素面积。
在步骤S8中，所述圆形度的计算如公式(1)所示：
Figure BDA0002247442200000051
式中：A为雾滴区域的面积；Dmax为区域边界点距中心的最大距离，此处的Dmax的参数取雾滴最小外接矩形的长轴的一半；对于面积仅为1的雾滴，此处Dmax的参数取1，由于面积仅为1的雾滴得到的圆形度都是一样的，后续方便进行统一处理。
在步骤S11中，雾滴覆盖率通过对水敏试纸上雾滴所占的像素个数与分析区域的总体像素个数之比求得，其计算如公式(2)所示；
Figure BDA0002247442200000052
式中：δ表示雾滴覆盖率；M、N表示目标区域的宽度与高度；f(i,j)表示相对坐标为(i，j)处的像素灰度值；如果像素灰度值为0即黑色，则f(i,j)＝1，否则f(i,j)＝0；
雾滴覆盖密度由一平方厘米面积上的雾滴数来表示，其计算如公式(3)所示。
Figure BDA0002247442200000053
式中：K表示沉积密度；μ表示每平方厘米内像素的总个数；k表示目标图像上雾滴的个数；M、N表示目标区域的宽度与高度；
雾滴当量直径根据雾滴的面积进行计算，具体定义如公式(4)所示；
Figure BDA0002247442200000054
式中：D表示待分析雾滴的当量直径；A表示待分析雾滴的面积；
雾滴分布均匀性是指在一次喷雾中，雾滴的沉积参数是否均衡，主要是通过变异系数衡量雾滴的均匀性，变异系数计算如公式(5)、(6)所示；
Figure BDA0002247442200000061
Figure BDA0002247442200000062
式中：CV表示雾滴变异系数；S表示标准差；Xi表示各张水敏试纸上的雾滴沉积参数；
Figure BDA0002247442200000063
表示所有水敏试纸上的雾滴沉积参数的平均值；n表示水敏试纸的总数；
雾滴谱是指雾滴的数量随雾滴粒径大小的分布，由于雾滴的面积与雾滴的粒径大小成正相关关系，因此，雾滴谱采用雾滴的数量与雾滴的面积作为分析参数；雾滴分析仪在绘制雾滴谱前，需要把分析得到的雾滴数据保存到excel中，保存数据后，需要对该数据进行处理才能绘制出雾滴谱，通过把分析中最大雾滴的面积作为基准，对其进行多等分，并根据各个雾滴的面积大小进行统计，最后得出绘制雾滴谱的原始数据，并创建柱形图绘制雾滴谱。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、应用Jetson TK1低功耗嵌入式开发板结合触摸显示屏、摄像头和灯光系统设计轻量化、可定制、方便携带、可长时间工作等要求的便携式田间雾滴分析设备。
2、在对水敏试纸图像做雾滴分析采用的图像处理技术简单有效，能够实时计算出雾滴参数。
3、由于水敏试纸雾滴分析软件在PyQt平台上编写，基于PyQt平台的UI界面设计人性化，易读性，可操作性强。
4、设备结构紧凑合理，紧密型设计，节省耗材，设计卡位准确，可承受震荡。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的便携式水敏试纸雾滴参数分析设备结构原理框图。
图2为本发明实施例所提供的便携式水敏试纸雾滴参数分析设备立体图。
图3为本发明实施例所提供的便携式水敏试纸雾滴参数分析设备主视图。
图4为本发明实施例所提供的便携式水敏试纸雾滴参数分析设备侧视图。
图5为本发明实施例所提供的便携式水敏试纸雾滴参数分析方法中水敏试纸分析软件的设计流程示意图。
图6为本发明实施例所提供的试验中手动框选目标图像、对目标图像灰度化和二值化处理、绘制最外层轮廓、绘制轮廓最小外边框的示意图。
图7为本发明实施例所提供的试验中雾滴谱数据的示意图。
图8为本发明实施例所提供的试验中水敏试纸分析软件的雾滴参数分析结果显示的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1至图4所示，本实施例所提供的便携式水敏试纸雾滴参数分析设备，包括遮光防水壳体1及分别安装在该遮光防水壳体1上的触摸显示屏2、装有水敏试纸雾滴分析软件的嵌入式开发板Jetson TK1 3、图像采集模块4、LED灯源模块5、电源管理模块6及作为USB扩展接口的USB扩展槽7；所述图像采集模块4、LED灯源模块5分别连接USB扩展槽7，所述触摸显示屏2、USB扩展槽7分别连接嵌入式开发板Jetson TK1 3，所述嵌入式开发板JetsonTK1 3与电源管理模块6连接，由该电源管理模块6供电；所述遮光防水壳体1内部通过隔板11隔分有上、中、下三部分，其中，嵌入式开发板Jetson TK1 3安装在上部分的相应安装位处，所述图像采集模块4和LED灯源模块5分别安装在中部分的相应安装位处，所述电源管理模块6安装在下部分一侧的相应安装位处，且在该下部分的底部保留有水敏试纸预设区域8，水敏试纸是放置在该区域中进行分析处理；所述遮光防水壳体1的顶部形成有供触摸显示屏2安装的安装位，所述触摸显示屏2安装在该安装位处，并通过双头HDMI线与嵌入式开发板Jetson TK1 3连通，输出嵌入式开发板Jetson TK1 3的视频信号；所述图像采集模块4位于水敏试纸预设区域8的正上方，用于采集水敏试纸在水敏试纸预设区域8中的图像，所述LED灯源模块5位于图像采集模块4的旁边，为图像采集模块4提供光照，以确保采集图像的光源充足；所述遮光防水壳体1的同一侧上分别安装有LED灯源模块开关51和电源管理模块开关61。
所述遮光防水壳体1由上、下、左、右、前、后防水板拼装而成，内设有隔板11，并采用PLA材料进行3D模型打印制作。
所述触摸显示屏2为7寸电容触摸屏，分辨率为1024*600，最高支持1920*1080。
所述嵌入式开发板Jetson TK1 3为NVIDIA公司产品，采用嵌入式Linux开发平台，尺寸为127mm×127mm，重量为100g。
所述图像采集模块4为威鑫视界AF500W1摄像头，采用自动对焦形式，最大分辨率为2592*1944。
所述LED灯源模块5为外径80mm，18个贴片灯串联的圆环形灯圈，使得照明均匀，重量2g。
所述电源管理模块6为可充电锂离子电池组，容量5000mAh，输出电压12V，最大放电电流3A。
下面为本实施例上述便携式水敏试纸雾滴参数分析设备的分析方法，参见图5所示，包括以下步骤：
S1：将水敏试纸放于遮光防水壳体内的水敏试纸预设区域，启动电源管理模块开关，连通电源后，将自行启动嵌入式开发板Jetson TK1，并且自启动打开水敏试纸雾滴分析软件；其中，所述水敏试纸雾滴分析软件在PyQt平台编写，可参照图8。
S2：在水敏试纸雾滴分析软件操作界面点击“打开摄像头”，对水敏试纸的预设区域进行图像采集，得到原始图像；其中，水敏试纸雾滴分析软件操作界面可参照图8，原始图像可参照图6中(a)所示。
S3：在触摸显示屏上，对原始图像进行手动框选雾滴区域，得到目标图像，目标图像可参照图6中(b)所示。
S4：对目标图像进行灰度化、二值化处理，得到目标二值化图像，目标二值化图像可参照图6中(c)所示；其中，所述二值化处理采用的是自适应阈值化方法和高斯滤波，能根据图像不同区域亮度分布改变阈值，更好的抑制噪声。
S5：对二值化图像进行雾滴的轮廓提取，绘制最外层轮廓，得到目标轮廓图像，再对目标轮廓图像中所有轮廓的外围区域填充为原始图像的灰度值，得到目标雾滴图像；轮廓提取的过程是从二值图像中检索轮廓，并返回检测的轮廓的个数，目标轮廓图像可参照图6中(d)所示，目标雾滴图像可参照图6中(f)所示。
另外，在轮廓提取的过程中对提取到的每个轮廓存储为一个雾滴点向量，计算雾滴点向量个数能够得到雾滴个数；所述雾滴点向量包括图像的拓扑信息，如轮廓的中心坐标、前一个轮廓和后一个轮廓的索引编号。
S6：为了测量雾滴的长轴短轴，对目标雾滴图像的每个轮廓画出最小外框，把每个轮廓测量的最小外框的长和宽按顺序分别存储为长轴数组和短轴数组中。
由于实际测量中，由于实际测量中，雾滴在水敏试纸上的轮廓并不是标准圆，而是一个椭圆或者近似圆的图像，因此雾滴的粒径可以用长轴短轴来表示，长轴短轴的概念为：雾滴轮廓上相隔最远的两点之间的距离，称之为雾滴的长轴。与此长轴垂直且与雾滴轮廓的2个交点的线段最长的叫雾滴的短轴。雾滴外边框图像可参照图6中(e)所示。
S7：通过轮廓面积算法，根据步骤S5统计的雾滴点向量计算每个轮廓面积，并将面积参数按顺序存储为面积数组中；所述轮廓面积算法是采用OpenCV提供一个计算轮廓面积的函数contourArea()，将每个雾滴点向量的参数输入到contourArea()中就会计算整个轮廓的像素面积。
S8：计算每个轮廓的圆形度，并将圆形度参数按顺序存储为圆形度数组中；
所述圆形度计算公式(1)如下：
Figure BDA0002247442200000101
式中A为雾滴区域的面积(单位：mm2)；Dmax为区域边界点距中心的最大距离(单位：mm)；此处的Dmax的参数一般取雾滴最小外接矩形的长轴的一半。对于面积仅为1的雾滴，此处Dmax的参数取1，由于面积仅为1的雾滴得到的圆形度都是一样的，后续方便进行统一处理。
S9：经S5、S6、S7、S8步骤统计的雾滴参数，需要将雾滴参数与每个轮廓一一对应，为此创建一个新数组，新数组用于存储每个轮廓的面积、长轴、短轴、圆形度，对新数组按面积参数从小到大的顺序排序。
S10：测量雾滴体积中值粒径，在步骤S9中已知道每个轮廓面积，进而计算雾滴总面积，此时只需要对雾滴的面积从小到大累加及比较，直到累加的面积值为总面积的50％，所对应的雾滴长轴为体积中值粒径；测量雾滴数量中值粒径，对步骤S9中已排序好的雾滴从小到大顺序累加，当累加的雾滴数目为雾滴总数的50％时，所对应的雾滴长轴为数量中值粒径。
由步骤S9对图6中(a)已统计的雾滴参数，计算得出的雾滴体积中值粒径结果可参考图8中文本框“the VMD is:[45.0,0.68,0.51,0.8]”；计算得出的雾滴数量中值粒径结果可参考图8中文本框“the NMD is:[17.5,0.4,0.32,0.89]”。
S11：根据步骤S9中已统计的雾滴参数，计算水敏试纸的雾滴沉积分布，而雾滴沉积分布的主要参数包括：雾滴覆盖率、雾滴覆盖密度、雾滴当量直径、雾滴圆形度、雾滴变异系数以及雾滴谱。
雾滴覆盖率通过对水敏试纸上雾滴所占的像素个数与分析区域的总体像素个数之比求得，其计算如公式(2)所示。
Figure BDA0002247442200000111
式中：δ表示雾滴覆盖率(单位：百分比)；M、N表示目标区域的宽度与高度(单位：像素个数)；f(i,j)表示相对坐标为(i，j)处的像素灰度值。如果像素灰度值为0(黑色)则则f(i,j)＝1，否则f(i,j)＝0。由步骤S9对图6中(a)已统计的雾滴参数，计算得出的雾滴覆盖率结果可参考图8中文本框“coverage rate is:0.0897238650007”。
雾滴覆盖密度由一平方厘米面积上的雾滴数来表示，其计算如公式(3)所示。
式中：K表示沉积密度(单位：个/cm2)；μ表示每平方厘米内像素的总个数；k表示目标图像上雾滴的个数(单位：个)；M、N表示目标区域的宽度与高度(单位：像素个数)。由步骤S9对图6中(a)已统计的雾滴参数，计算得出的雾滴覆盖密度结果可参考图8中文本框“dropcoverage density is:0.514879018187”。
雾滴当量直径可以根据雾滴的面积进行计算，具体定义如公式(4)所示。
Figure BDA0002247442200000122
式中：D表示待分析雾滴的当量直径(单位：像素个数)；A表示待分析雾滴的面积(单位：像素个数)。
雾滴分布均匀性是指在一次喷雾中，雾滴的沉积参数是否均衡，主要是通过变异系数衡量雾滴的均匀性，变异系数计算如公式(5)、(6)所示。
式中：CV表示雾滴变异系数；S表示标准差；Xi表示各张水敏试纸上的雾滴沉积参数(如雾滴覆盖率、雾滴沉积密度、雾滴当量直径等)；表示所有水敏试纸上的雾滴沉积参数的平均值(如雾滴覆盖率、雾滴沉积密度、雾滴当量直径等)；n表示水敏试纸的总数。
雾滴谱是指雾滴的数量随雾滴粒径大小的分布，由于雾滴的面积与雾滴的粒径大小成正相关关系，因此在本设计中雾滴谱采用雾滴的数量与雾滴的面积作为分析参数。雾滴分析仪在绘制雾滴谱前，需要把分析得到的雾滴数据保存到excel中。保存数据后，需要对该数据进行处理才能绘制出雾滴谱，通过把本次分析中最大雾滴的面积作为基准，对其进行十等分，并根据各个雾滴的面积大小进行统计，最后得出绘制雾滴谱的原始数据，并创建柱形图绘制雾滴谱。由步骤S9对图6中(a)已统计的雾滴参数，绘制的雾滴谱可参照图7所示。
以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种便携式水敏试纸雾滴参数分析设备，其特征在于：包括遮光防水壳体及分别安装在该遮光防水壳体上的触摸显示屏、装有水敏试纸雾滴分析软件的嵌入式开发板JetsonTK1、图像采集模块、LED灯源模块、电源管理模块及作为USB扩展接口的USB扩展槽；所述图像采集模块、LED灯源模块分别连接USB扩展槽，所述触摸显示屏、USB扩展槽分别连接嵌入式开发板Jetson TK1，所述嵌入式开发板Jetson TK1与电源管理模块连接，由该电源管理模块供电；所述遮光防水壳体内部通过隔板隔分有上、中、下三部分，其中，所述嵌入式开发板Jetson TK1安装在上部分的相应安装位处，所述图像采集模块和LED灯源模块分别安装在中部分的相应安装位处，所述电源管理模块安装在下部分一侧的相应安装位处，且在该下部分的底部保留有水敏试纸预设区域，水敏试纸是放置在该区域中进行分析处理；所述遮光防水壳体的顶部形成有供触摸显示屏安装的安装位，所述触摸显示屏安装在该安装位处，并通过双头HDMI线与嵌入式开发板Jetson TK1连通，输出嵌入式开发板Jetson TK1的视频信号；所述图像采集模块位于水敏试纸预设区域的正上方，用于采集水敏试纸在水敏试纸预设区域中的图像，所述LED灯源模块位于图像采集模块的旁边，为图像采集模块提供光照，以确保采集图像的光源充足；所述遮光防水壳体的同一侧上分别安装有LED灯源模块开关和电源管理模块开关。
2.根据权利要求1所述的一种便携式水敏试纸雾滴参数分析设备，其特征在于：所述遮光防水壳体由上、下、左、右、前、后防水板拼装而成，内设有隔板，并采用PLA材料进行3D模型打印制作；所述触摸显示屏为7寸电容触摸屏，分辨率为1024*600，最高支持1920*1080；所述嵌入式开发板Jetson TK1采用嵌入式Linux开发平台，尺寸为127mm×127mm，重量为100g。
3.根据权利要求1所述的一种便携式水敏试纸雾滴参数分析设备，其特征在于：所述图像采集模块为威鑫视界AF500W1摄像头，采用自动对焦形式，最大分辨率为2592*1944。
4.根据权利要求1所述的一种便携式水敏试纸雾滴参数分析设备，其特征在于：所述LED灯源模块为外径80mm，24个贴片灯串联的圆环形灯圈，使得照明均匀，重量2g。
5.根据权利要求1所述的一种便携式水敏试纸雾滴参数分析设备，其特征在于：所述电源管理模块为可充电锂离子电池组，容量5000mAh，输出电压12V，最大放电电流3A。
6.一种权利要求1所述便携式水敏试纸雾滴参数分析设备的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将水敏试纸放于遮光防水壳体内的水敏试纸预设区域，启动电源管理模块开关，连通电源后，将自行启动嵌入式开发板Jetson TK1，并且自启动打开水敏试纸雾滴分析软件；
S2：在水敏试纸雾滴分析软件操作界面点击“打开摄像头”，对水敏试纸的预设区域进行图像采集，得到原始图像；
S3：在触摸显示屏上，对原始图像进行手动框选雾滴区域，得到目标图像；
S4：对目标图像进行灰度化、二值化处理，得到目标二值化图像；其中，所述二值化处理采用的是自适应阈值化方法和高斯滤波，能根据图像不同区域亮度分布改变阈值，更好的抑制噪声；
S5：对二值化图像进行雾滴的轮廓提取，绘制最外层轮廓，得到目标轮廓图像，再对目标轮廓图像中所有轮廓的外围区域填充为原始图像的灰度值，得到目标雾滴图像；其中，在轮廓提取的过程中对提取到的每个轮廓存储为一个雾滴点向量，计算雾滴点向量个数能够得到雾滴个数；
S6：为了测量雾滴的长轴短轴，对目标雾滴图像的每个轮廓画出最小外框，把每个轮廓测量的最小外框的长和宽按顺序分别存储为长轴数组和短轴数组中；
由于实际测量中，雾滴在水敏试纸上的轮廓并不是标准圆，而是一个椭圆或者近似圆的图像，因此雾滴的粒径能够用长轴短轴来表示，长轴短轴的概念为：雾滴轮廓上相隔最远的两点之间的距离，称之为雾滴的长轴，与此长轴垂直且与雾滴轮廓的2个交点的线段最长的叫雾滴的短轴；
S7：通过轮廓面积算法，根据步骤S5统计的雾滴点向量计算每个轮廓面积，并将面积参数按顺序存储为面积数组中；
S8：计算每个轮廓的圆形度，并将圆形度参数按顺序存储为圆形度数组中；
S9：经S5、S6、S7、S8步骤统计的雾滴参数，需要将雾滴参数与每个轮廓一一对应，为此创建一个新数组，新数组用于存储每个轮廓的面积、长轴、短轴、圆形度，对新数组按面积参数从小到大的顺序排序；
S10：测量雾滴体积中值粒径，在步骤S9中已知道每个轮廓面积，进而计算雾滴总面积，此时只需要对雾滴的面积从小到大累加及比较，直到累加的面积值为总面积的50％，所对应的雾滴长轴为体积中值粒径；测量雾滴数量中值粒径，对步骤S9中已排序好的雾滴从小到大顺序累加，当累加的雾滴数目为雾滴总数的50％时，所对应的雾滴长轴为数量中值粒径；
S11：根据步骤S9中已统计的雾滴参数，计算水敏试纸的雾滴沉积分布，而雾滴沉积分布的主要参数包括：雾滴覆盖率、雾滴覆盖密度、雾滴当量直径、雾滴圆形度、雾滴变异系数以及雾滴谱。
7.根据权利要求6所述的一种便携式水敏试纸雾滴参数分析设备的分析方法，其特征在于：在步骤S5中，所述雾滴点向量包括图像的拓扑信息，有轮廓的中心坐标、前一个轮廓和后一个轮廓的索引编号。
8.根据权利要求6所述的一种便携式水敏试纸雾滴参数分析设备的分析方法，其特征在于：在步骤S7中，所述轮廓面积算法是采用OpenCV提供一个计算轮廓面积的函数contourArea()，将每个雾滴点向量的参数输入到contourArea()中就会计算整个轮廓的像素面积。
9.根据权利要求6所述的一种便携式水敏试纸雾滴参数分析设备的分析方法，其特征在于：在步骤S8中，所述圆形度的计算如公式(1)所示：
Figure FDA0002247442190000041
式中：A为雾滴区域的面积；Dmax为区域边界点距中心的最大距离，此处的Dmax的参数取雾滴最小外接矩形的长轴的一半；对于面积仅为1的雾滴，此处Dmax的参数取1，由于面积仅为1的雾滴得到的圆形度都是一样的，后续方便进行统一处理。
10.根据权利要求6所述的一种便携式水敏试纸雾滴参数分析设备的分析方法，其特征在于：在步骤S11中，雾滴覆盖率通过对水敏试纸上雾滴所占的像素个数与分析区域的总体像素个数之比求得，其计算如公式(2)所示；
Figure FDA0002247442190000042
式中：δ表示雾滴覆盖率；M、N表示目标区域的宽度与高度；f(i,j)表示相对坐标为(i，j)处的像素灰度值；如果像素灰度值为0即黑色，则f(i,j)＝1，否则f(i,j)＝0；
雾滴覆盖密度由一平方厘米面积上的雾滴数来表示，其计算如公式(3)所示。
Figure FDA0002247442190000051
式中：K表示沉积密度；μ表示每平方厘米内像素的总个数；k表示目标图像上雾滴的个数；M、N表示目标区域的宽度与高度；
雾滴当量直径根据雾滴的面积进行计算，具体定义如公式(4)所示；
式中：D表示待分析雾滴的当量直径；A表示待分析雾滴的面积；
雾滴分布均匀性是指在一次喷雾中，雾滴的沉积参数是否均衡，主要是通过变异系数衡量雾滴的均匀性，变异系数计算如公式(5)、(6)所示；
Figure FDA0002247442190000053
Figure FDA0002247442190000054
式中：CV表示雾滴变异系数；S表示标准差；Xi表示各张水敏试纸上的雾滴沉积参数；
Figure FDA0002247442190000055
表示所有水敏试纸上的雾滴沉积参数的平均值；n表示水敏试纸的总数；
雾滴谱是指雾滴的数量随雾滴粒径大小的分布，由于雾滴的面积与雾滴的粒径大小成正相关关系，因此，雾滴谱采用雾滴的数量与雾滴的面积作为分析参数；雾滴分析仪在绘制雾滴谱前，需要把分析得到的雾滴数据保存到excel中，保存数据后，需要对该数据进行处理才能绘制出雾滴谱，通过把分析中最大雾滴的面积作为基准，对其进行多等分，并根据各个雾滴的面积大小进行统计，最后得出绘制雾滴谱的原始数据，并创建柱形图绘制雾滴谱。
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