(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210008903.9 (22)申请日 2022.01.06 (71)申请人 安徽农业大 学 地址 230000 安徽省合肥市蜀山区长江西 路130号 (72)发明人 朱林　陈朴　董思嘉　褚丽颖　 (74)专利代理 机构 合肥云道尔知识产权代理事 务所(特殊普通 合伙) 3423 0 代理人 陈兰 (51)Int.Cl. G06V 20/10(2022.01) G06F 17/16(2006.01) G06K 9/62(2022.01) G06N 20/00(2019.01) G06V 10/25(2022.01)G06V 10/44(2022.01) G06V 10/74(2022.01) (54)发明名称 基于高速视觉耦合轮廓特征提取的多农药 雾滴撞击叶面延迟性的测量方法 (57)摘要 基于高速视觉耦合轮廓特征提取的多农药 雾滴撞击叶面延迟性的测量方法， 包括以下步 骤： 搭建高速视觉捕捉系统、 标定高速摄像机系 统、 采集雾滴撞击叶面图像、 视频图像预处理、 ROI区域选取、 农药雾滴识别、 农药雾滴轮廓提 取、 农药雾滴形心提取、 农药雾滴跟踪计时， 即可 获得多农药雾滴撞击叶面延 迟性。 本发明为优化 农药喷施参数， 尤其为控制施药量、 优化雾滴粒 谱分布、 调配药液含量提供定量的分析手段； 所 得测量结果对发展精准施药技术、 提高茶树农药 喷雾的沉积效率具有理论 意义和应用价 值。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 114332629 A 2022.04.12 CN 114332629 A 1.基于高速视觉耦合轮廓特征提取的多农药雾滴撞击叶面延迟性的测量方法， 其特征 在于， 包括以下步骤： (1)搭建高速视觉捕捉系统： 高速视觉捕捉系 统包括图像采集装置、 辅助照明设备、 计 算机处理系统， 图像采集装置包括高速摄 像机； (2)标定高速摄像机系统： 使用张氏标定法对摄相机参数进行标定， 标定用来得到摄相 机的内外参数和摄相机在空间坐标系中的相对位置 关系， 后期可以通过 空间坐标转换将 世 界坐标系转换为像素坐标系获得雾滴实际运动的位移； (3)采集雾滴撞击叶面图像： 系统标定完成后， 摆放并固定产生雾滴的喷头与受撞击的 叶片， 使得雾滴的飞行轨迹正好位于视场的中心， 通过计算机系统控制高速摄像机采集多 雾滴撞击叶面的过程， 利用图像采集装置采集雾滴撞击叶面图像； (4)视频图像预处理： 采用高斯滤波算法对采集得到的雾滴撞击叶面图像去噪， 然后对 图像进行 灰度化处 理； (5)ROI区域选取： 将预处理之后的图像进行ROI区域选取， 使用帧间差分算法搭配背景 减除算法对采集的连续的两帧图像进行差分运算， 获取差分后运动区域的位置变化， 运动 区域包括 运动的雾滴、 振动的叶片以及可能出现的其 他运动物体； (6)农药雾滴识别： 使用基于模板的平均绝对值算法， 对步骤(5)获取的运动区域中的 农药雾滴进行识别， 跟踪检测雾滴的飞行； (7)农药雾滴轮廓 提取： 跟踪检测雾滴后， 采用八邻域快速轮廓搜索算法对被识别农药 雾滴的形状进行轮廓搜索， 从而提取农药雾滴轮廓； (8)农药雾滴形心提取： 采用基于椭圆拟合的形心提取算法提取雾滴的中心； (9)农药雾滴跟踪计时： 对农药雾滴进行跟踪， 启动计时器， 当农药雾滴形心坐标未到 达叶面区域时， 一直处于计时状态； 当农药雾滴形心坐标到达叶面区域时， 跟踪停止， 计时 结束， 检测出农药雾滴从喷头 喷出后和到达舒茶早叶面的飞行时间， 计算雾滴撞击舒茶早 叶面的延迟时间。 2.根据权利要求1所述的基于 高速视觉耦合轮廓特征提取的多农药雾滴撞击叶面延迟 性的测量方法， 其特征在于： 所述步骤(1)中， 图像采集装置还包括短焦镜头、 三脚支架、 图 像采集卡、 图像读取器； 辅助照明设备包括四个卤钨灯； 计算机处理系统包括图像采集装置 控制系统和图像处理软件分析系统， 图像采集装置控制系统负责对图像采集装置进行控 制， 调整系统的测量 参数， 图像处 理软件分析系统负责对图像进行 数据提取与分析。 3.根据权利要求1所述的基于 高速视觉耦合轮廓特征提取的多农药雾滴撞击叶面延迟 性的测量方法， 其特征在于： 所述步骤(2)中， 标定方法如下， 固定好高速摄像机， 并通过USB 与计算机处理系统相连， 调节镜头的焦距直至能够在图像采集装置控制系统中最清晰的看 到物体表面表征； 将预先设计好的棋盘靶标放置在待测位置， 手动改变棋盘格的位姿， 使用 相机采集15张标定图像并储存至计算机系统； 读取储存至计算机的图像， 导入图片后输入 棋盘格大小， 进行 标定； 将世界坐标系换算 为像素坐标系。 4.根据权利要求1所述的基于 高速视觉耦合轮廓特征提取的多农药雾滴撞击叶面延迟 性的测量方法， 其特征在于： 所述步骤(5)中， ROI选取的区域大小为550 ×650px， 区域包括 雾滴的运动区域与叶片的接触标。 5.根据权利要求1所述的基于 高速视觉耦合轮廓特征提取的多农药雾滴撞击叶面延迟权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114332629 A 2性的测量方法， 其特征在于： 所述步骤(6)中， 农药雾滴识别方法具体如下， 首先确定农药雾 滴的模板图像T(x,y)， fi(x,y)为后续的搜索图像， 在搜索fi(x,y)中， 取以(i,j)为左上角， M ×N的子图， 计算其与模板图的相似度； 在所有能够取到的子图中， 找到与模板图最相似的 子图作为最终结果， 绝对差分图像D(i,j)越小相似度越高， 找到最小的D(i,j)识别农药雾 滴。 6.根据权利要求1所述的基于 高速视觉耦合轮廓特征提取的多农药雾滴撞击叶面延迟 性的测量方法， 其特 征在于， 所述 步骤(6)中， 跟踪检测雾滴的飞行 方法如下包括以下步骤： (1)前景目标区域的粗提取， 在YcbCr空间中， 对高斯滤波后的Cb分量使用帧间差分法 获得帧差结果D(x,y)， 得到的非零区域作为 运动目标的大致区域； (2)对获得的帧差图像D(x,y)进行水平投影和垂直投影， 获取准确的运动区域 DetRegion； (3)在运动区域DetRegi on中进行背景差分， 得到 完整的运动目标； (4)利用滑动平均法对非运动区域进行 更新， 而雾滴 运动区域 不参与背景 更新。 7.根据权利要求1所述的基于 高速视觉耦合轮廓特征提取的多农药雾滴撞击叶面延迟 性的测量方法， 其特 征在于， 所述 步骤(7)中， 轮廓搜索过程如下： (1)采样雾滴的运动区域， 然后从左顶点开始顺 时钟遍历采样图像 中的每个像素点， 找 到与目标 特征相符的像素点； (2)将当前点Pcur的位置存入轮廓点序列中， 并设置当前点的方向为dircur， 其中， 所述 当前点Pcur为所在行中第一个左 邻域像素点 为0的目标像素点； (3)由当前点的方向dircur按照一定的顺序对下一个与目标特征相符的点Pnext进行查 找， 把找到的第 一个特征像素点存入轮廓序列中， 将找到的点和该点的方向dirrnext作为新 的当前点和当前点方向， 对后续的点进行搜索； (4)判断当前点的位置和初始值是否相同， 如果相同， 则轮廓搜索完毕； 否则返回(3)继 续寻找。 8.根据权利要求1所述的基于 高速视觉耦合轮廓特征提取的多农药雾滴撞击叶面延迟 性的测量方法， 其特征在于： 所述步骤(9)中， 检测出农药雾滴从喷头喷出后和到达舒茶早 叶面的飞行时间td， 该飞行时间由飞行总帧数n除以拍摄帧率FR得到， 即 9.根据权利要求1所述的基于 高速视觉耦合轮廓特征提取的多农药雾滴撞击叶面延迟 性的测量方法， 其特征在于： 所述步骤(9)中， 雾滴撞击舒茶早叶面的延迟时间计算方法如 下， 设第一个农药雾 滴从喷头喷出时刻为初始时刻T0， 第n个雾 滴撞击到叶面的时刻为Tn， 第 n个农药雾滴撞击 到叶面的延迟时间表示 为T＝Tn‑T0。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114332629 A 3