CN114047167A - 一种便携式叶面雾滴覆盖率的测量装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种便携式叶面雾滴覆盖率的测量装置及方法，包括暗室、弧形片和荧光检测单元；所述暗室为中空筒结构，且暗室的侧壁上开设有槽口；所述弧形片与暗室外侧壁贴合，弧形片可沿暗室壁上下移动，弧形片用来打开或者遮挡槽口；所述暗室内设置有荧光检测单元，所述荧光检测单元用来对暗室内物体进行荧光检测。可以在田间对喷洒过荧光溶液的叶子进行无损、实地测量，被检测的叶子可以不用从植株上取下来，增加了野外作业的便利性，同时，还可以在短时间对多叶子样本进行测量，节省了大量的人力物力。
Description
技术领域
本发明涉及农业精准测量技术领域,具体地说,涉及到一种便携式叶面雾滴覆盖率测量装置及方法。
背景技术
植保机械性能优劣最主要的评价指标就是喷雾质量，喷雾质量包括喷雾瓢移性和雾滴覆盖率，2000年A DE MOOR等通过对水敏纸进行图像分析来评估果园喷雾机的雾滴分布，测量了雾滴的覆盖率、尺寸、尺寸直方图、雾滴间距等。国内2006年刘毓等通过对雾滴图像的可变二值化、边缘提取、对象标号等图像处理，在此基础上能对雾滴的面积率和雾滴的长轴进行自动计算和测量。目前国内外基于采集样本的测量方法会对喷雾雾滴分布干扰破坏，影响雾滴空间分布的真实情况，而用直接测量法测量虽然比较精确，但仪器(激光粒度仪、高速摄影机等)的价格比较昂贵，且对环境的适应力差。因此，研发直接测量雾滴覆盖率的装置，并适应于各种工作环境具有显著意义。
目前有些实现雾滴沉积特性测量的装置，中国专利CN2611228791A公开了一种航空施药沉积质量检测系统及方法，该系统集航空喷洒装置、雾滴收集装置、光谱采集装置和雾滴沉积特性分析装置于一身，通过光谱分析计算雾滴的沉积特性，但是由于采用了示踪剂的方法，需要将采集的溶液放在实验室进行光谱分析，比较耗时耗力，不适合野外作业；中国专利CN2810358841A公开了一种便携式叶面雾滴大小与覆盖度的测量装置与方法，该装置采用了示踪剂的方法并为雾滴大小与覆盖率的测量提高了暗室环境，可以田间对叶片无损、实地测量，但是由于将采集来的叶片放在液杯中，加上部分荧光试剂在液杯内溶解，会导致测量结果的误差，并且液杯内溶液的更换及放置，也会耗时，不适合对大量树叶进行测量。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种便捷式叶面雾滴覆盖率测量装置。该装置可以在田间对喷洒过荧光溶液的叶子进行无损、实地测量，被检测的叶子可以不用从植株上取下来，增加了野外作业的便利性，同时，还可以在短时间对多叶子样本进行测量，节省了大量的人力物力。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种便携式叶面雾滴覆盖率的测量装置，包括暗室、弧形片和荧光检测单元；所述暗室为中空筒结构，且暗室的侧壁上开设有槽口；所述弧形片与暗室外侧壁贴合，弧形片可沿暗室壁上下移动，弧形片用来打开或者遮挡槽口；所述暗室内设置有荧光检测单元，所述荧光检测单元用来对暗室内物体进行荧光检测。
进一步的，所述弧形片上开均匀开设有数个滑槽，滑槽上设置有移动块，移动块一端穿过暗室侧壁，另一端凸出于滑槽，移动块保持不动，滑槽可垂直于移动块滑动，移动块凸出于滑槽端设置有销钉。
进一步的，所述移动块上还设置有厚垫片，所述厚垫片用来确定滑槽与暗室的相对位置。
进一步的，所述弧形片上还开设有螺纹孔，螺纹孔内安装有螺栓，螺栓用来对弧形片定位。
进一步的，所述荧光检测单元包括滤光片、可自动变焦摄像模块和LED光源；所述LED光源发光照射在物体上后折射到滤光片，最后达到可自动变焦摄像模块的镜头上。
进一步的，所述可自动变焦摄像模块的镜头采集滤光片输出的光信号，将其转化为电信号，经过A/D转换器转换后变成数字图像信号后送到数字处理芯片中加工处理，再传输到存储器当中，通过USB接口传输到其它移动端。
进一步的，所述暗室内与荧光检测单元相对端设置有叶片；所述叶片通过透明线固定，透明线通过螺母设置在暗室还开设的凹槽内。
便携式叶面雾滴覆盖率的测量装置的测量方法，获取叶面及叶面上荧光液滴的覆盖率包括：
打开白色LED灯通过可自动变焦摄像模块对整个叶面进行拍照存储；
关闭白色LED灯；
打开荧光LED灯对叶面上的荧光液滴通过可自动变焦摄像模块进行拍照存储；
将图片从RGB转化为8位灰度，通过设定的阈值处理，绘制轮廓，计算面积；从而得到雾滴覆盖率F，
其中，SD-液滴的面积，SF-叶面的面积。
有益效果：
1.本发明用油溶性荧光试剂作为无人机农药喷洒实验中的农药，代替试剂(清水+5％诱惑红)等的实验试剂，避免了由于棉花叶变色以及(清水+5％诱惑红)等的实验试剂溶于水而导致拍摄的照片无效，从而导致实验数据的误差。
2.本发明通过移动带槽圆弧片，样品放入样品台上后，形成暗室。
3.本发明体积小，方便携带，可以在各种场合进行覆盖率测量。
4.在弧形片上设置螺栓，通过旋紧螺栓将弧形片定位在暗室的侧壁上，从而确保暗室的槽口被遮盖，确保外界光源不能进入暗室。
5.暗室侧壁上设置槽口，方便叶片或者物体放置入或者置入暗室内。
附图说明
图1便捷式叶面雾滴覆盖率测量装置的结构示意图；
图2便捷式叶面雾滴覆盖率测量装置的剖视示意图1；
图3便捷式叶面雾滴覆盖率测量装置的剖视示意图2；
图4带有弧形片的暗室结构局部剖视图；
图5便捷式叶面雾滴覆盖率测量装置的局部剖视示意图；
图6本发明的实施例的结构示意图。
附图标记：
1-暗室，2-弧形片，3-荧光检测单元，4-手柄盖，5-透明线，6-电路板，201-螺母，202-滑槽，203-垫片，204-销钉，205-螺栓，206-移动块，207-叶片，301-滤光片盖，302-滤光片，303-可自动变焦摄像模块，304-导线，305-LED光源，306-控制开关，307-USB接口。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
一种便携式叶面雾滴覆盖率的测量装置，包括暗室1、弧形片2和荧光检测单元3；所述暗室1为中空筒结构，且暗室1的侧壁上开设有槽口；所述弧形片2与暗室1外侧壁贴合，弧形片2可沿暗室1壁上下移动，弧形片2用来打开或者遮挡槽口；所述暗室1内设置有荧光检测单元3，所述荧光检测单元3用来对暗室1内物体进行荧光检测。
其中，所述弧形片2上开均匀开设有数个滑槽202，滑槽202上设置有移动块206，移动块206一端穿过暗室1侧壁，另一端凸出于滑槽202，移动块206保持不动，滑槽202可垂直于移动块206滑动，移动块206凸出于滑槽202端设置有销钉204。
所述移动块206上还设置有厚垫片203，所述厚垫片203用来确定滑槽202与暗室1的相对位置。
所述弧形片2上还开设有螺纹孔，螺纹孔内安装有螺栓205，螺栓205用来对弧形片2定位。
所述荧光检测单元3包括滤光片302、可自动变焦摄像模块303和LED光源305；所述LED光源305发光照射在物体上后折射到滤光片302，最后达到可自动变焦摄像模块303的镜头上。
所述可自动变焦摄像模块303的镜头采集滤光片302输出的光信号，将其转化为电信号，经过A/D转换器转换后变成数字图像信号后送到数字处理芯片中加工处理，再传输到存储器当中，通过USB接口307传输到其它移动端。
所述暗室1内与荧光检测单元3相对端设置有叶片；所述叶片通过透明线5固定，透明线5通过螺母201设置在暗室1还开设的凹槽内。
便携式叶面雾滴覆盖率的测量装置的测量方法，获取叶面及叶面上荧光液滴的覆盖率包括：
打开白色LED灯通过可自动变焦摄像模块对整个叶面进行拍照存储；
关闭白色LED灯；
打开荧光LED灯对叶面上的荧光液滴通过可自动变焦摄像模块进行拍照存储；
将图片从RGB转化为8位灰度，通过设定的阈值处理，绘制轮廓，计算面积；从而得到雾滴覆盖率F，
其中，SD-液滴的面积，SF-叶面的面积。
结合图1-6，本发明便捷式叶面雾滴覆盖率测量装置，包括暗室1，弧形片2，荧光检测单元3，手柄盖4，透明线5，电路板6，螺母201，滑槽202，垫片203，销钉204，螺栓205，移动块206，叶片207，滤光片盖301，滤光片302，可自动变焦摄像模块303，导线304，LED光源305，控制开关306和USB接口307；暗室1为中空的筒状结构，暗室1的一端固定有手柄盖4，弧形片2通过间隙配合套在暗室1上，通过弧形片2在暗室1沿上下方向滑动，可以形成一个可手持封闭的或半封闭的暗室。弧形片2移动到最上端时，将叶片207放进暗室1的下端，再将弧形片2移动到最下端，使暗室1上的槽口被遮挡，之后按下控制开关对叶片1进行荧光检测。
弧形片2上端中间位置有螺纹孔，螺栓205旋合在弧形片2的螺纹孔上，通过拧紧螺母205，使弧形片2固定在暗室1上，为荧光检测提供暗室环境，滑槽202是弧形片2上面的槽，移动块206依次与暗室1的槽间隙配合，与滑槽202滑动配合，与厚垫片间隙配合，最后移动块206末端的销钉孔与销钉204过盈配合，螺栓403，实现弧形片2在暗室壁上沿着上下方向滑动。
透明线5的两端分别与螺母201固定，透明线5与暗室1上开设的凹槽滑动配合，用于固定叶片。
荧光检测单元3，设于手柄盖4的下端，驱动LED光源305(配有散热垫)305发光，光从垂直于样品最上方射入，依此过叶片207，滤光片302，最后达到可自动变焦摄像模块303的镜头上。
可自动变焦摄像模块303的镜头采集滤光片302输出的光信号，将其转化为电信号，经过A/D转换器转换后变成数字图像信号，在送到数字处理芯片(DSP)中加工处理，再传输到存储器当中，或者通过USB接口传输到移动端。
LED驱动电路用来驱动LED光源305，LED驱动电路、可变焦摄像模块和储存器都可集成在一块电路板6上。
同时为了方便使用，LED驱动电路、荧光检测单元和储存器都由控制开光306控制，是一个完整的流程。并且在手柄盖4的上端有USB接口307，可与不同的适配器电源相连，也可以与电脑相连导出荧光检测后的照片。
本发明的荧光检测原理：物质吸收外来光子后被激发到激发态分子，可以通过多种途径丢失能量，回到基态。在一些情况下，分子回到基态时，能量能以光子发射的形式释放出来，射出波长较长的荧光。由于荧光试剂在棉花叶上的分布不同，所以可以通过产生荧光的面积来测定单个液滴的喷雾沉积和喷雾覆盖率。当激发光源的光束照射到样品上，样品中的荧光物质吸收激发光后发射出波长较长的荧光。荧光由滤光片滤光后照射到自动变焦摄像模块的镜头，将其转化为电信号，经过A/D转换器转换后变成数字图像信号，在送到数字处理芯片(DSP)中加工处理，再传输到存储器当中，或者通过USB接口传输到电脑中。检测完一个样品后，操作者可以将带槽圆弧片上移，将叶片取出，可依次完成不同样品的检测。
下面通过一个具体的手持便捷式叶面荧光拍照装置的实施方式对本发明做进一步的说明。
光路检测部分各元件的选取：
Alexa Fluor 405荧光剂激发波长约为401nm，发射波长约为421nm。根据AlexaFluor 405荧光剂的荧光激发和发射特性，以实现微型化为目标，选择合适的光学器件和摄像头如下。
荧光LED灯：大功率LED，中心波长为400nm；
白色LED灯：普通白光即可
滤光片：峰值透射波长420nm，半带宽15-20nm；
可自动变焦摄像模块的镜头：2400dpi
操作说明：
本示例是以暗室1下端为样品台，通过将弧形片2上拉，将叶片207放入样品台上并透明线5固定，在将弧形片2下拉到合适位置，拧紧螺栓206。
按下装置的控制开光306，本装置开始工作。
由微处理器以脉冲宽度调制(PWM)的形式输出一个方波到LED驱动电路，点亮荧光LED灯。激发光光束照射到荧光液滴上，荧光液滴中的荧光物质吸收激发光后发射出波长较长的荧光。荧光由滤光片到可自动变焦摄像头模块的镜头上，把光信号为电信号，经过A/D转换器转换后变成数字图像信号，在送到数字处理芯片(DSP)中加工处理，再传输到存储器当中，或者通过USB接口传输到电脑中。
松开螺栓206，将弧形片2上拉，将叶片207从样品台上取出。以上是一个样品的检测重复上述操作，依次完成不同样品的检测。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种便携式叶面雾滴覆盖率的测量装置，其特征在于，包括暗室(1)、弧形片(2)和荧光检测单元(3)；所述暗室(1)为中空筒结构，且暗室(1)的侧壁上开设有槽口；所述弧形片(2)与暗室(1)外侧壁贴合，弧形片(2)可沿暗室(1)壁上下移动，弧形片(2)用来打开或者遮挡槽口；所述暗室(1)内设置有荧光检测单元(3)，所述荧光检测单元(3)用来对暗室(1)内物体进行荧光检测。
2.根据权利要求1所述的便携式叶面雾滴覆盖率的测量装置，其特征在于，所述弧形片(2)上开均匀开设有数个滑槽(202)，滑槽(202)上设置有移动块(206)，移动块(206)一端穿过暗室(1)侧壁，另一端凸出于滑槽(202)，移动块(206)保持不动，滑槽(202)可垂直于移动块(206)滑动，移动块(206)凸出于滑槽(202)端设置有销钉(204)。
3.根据权利要求2所述的便携式叶面雾滴覆盖率的测量装置，其特征在于，所述移动块(206)上还设置有厚垫片(203)，所述厚垫片(203)用来确定滑槽(202)与暗室(1)的相对位置。
4.根据权利要求1所述的便携式叶面雾滴覆盖率的测量装置，其特征在于，所述弧形片(2)上还开设有螺纹孔，螺纹孔内安装有螺栓(205)，螺栓(205)用来对弧形片(2)定位。
5.根据权利要求1所述的便携式叶面雾滴覆盖率的测量装置，其特征在于，所述荧光检测单元(3)包括滤光片(302)、可自动变焦摄像模块(303)和LED光源(305)；所述LED光源(305)发光照射在物体上后折射到滤光片(302)，最后达到可自动变焦摄像模块(303)的镜头上。
6.根据权利要求5所述的便携式叶面雾滴覆盖率的测量装置，其特征在于，所述可自动变焦摄像模块(303)的镜头采集滤光片(302)输出的光信号，将其转化为电信号，经过A/D转换器转换后变成数字图像信号后送到数字处理芯片中加工处理，再传输到存储器当中，通过USB接口(307)传输到其它移动端。
7.根据权利要求1所述的便携式叶面雾滴覆盖率的测量装置，其特征在于，所述暗室(1)内与荧光检测单元(3)相对端设置有叶片；所述叶片通过透明线(5)固定，透明线(5)通过螺母(201)设置在暗室(1)还开设的凹槽内。
8.根据权利要求1-7任一项所述的便携式叶面雾滴覆盖率的测量装置的测量方法，其特征在于，获取叶面及叶面上荧光液滴的覆盖率包括：
打开白色LED灯通过可自动变焦摄像模块(303)对整个叶面进行拍照存储；
关闭白色LED灯；
打开荧光LED灯对叶面上的荧光液滴通过可自动变焦摄像模块(303)进行拍照存储；
将图片从RGB转化为8位灰度，通过设定的阈值处理，绘制轮廓，计算面积；从而得到雾滴覆盖率F，
其中，SD-液滴的面积，SF-叶面的面积。
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- 2021-10-27 CN CN202111257252.9A patent/CN114047167A/zh active Pending
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