本发明涉及农业精准测量技术领域，具体地说，涉及一种便携式叶面雾滴大小与覆盖度的测量装置和方法。
背景技术
在农业植保领域，喷洒农药是农作物病虫害防治的主要形式和有效方法。农药在作物叶片的沉积量是评估农作物植保作业效果的技术指标之一。现有测量农药雾滴的沉积量的方法可以分为着色法和洗脱法。
着色法是利用水敏试纸进行估算。首先将水敏试纸表面朝上固定于农药喷施作业区域，然后实施农药喷洒作业。当农药雾滴降落于水敏试纸表面某一区域时，该区域会变色。然后用扫描仪对试纸进行扫描，再利用图像处理技术计算试纸上色斑的尺寸，估算试纸上沉积的雾滴的沉积量、液滴粒径、液滴沉积密度、变异系数等参数。但是，由于现有的航空喷药水敏试纸的扩散系数为30％左右，雾滴在水敏试纸上易扩散，使得测量结果不准确，且水敏纸成本较高，不适合大面积的检测。
洗脱法则是用采集卡承接农药雾滴，然后用一定量的溶剂将采集卡上的农药雾滴洗脱制成样本溶液。最后用分析仪器测量样本溶液中农药的浓度，进而计算采集卡上的农药雾滴沉积量。但是，这种方法直接对样本中农药进行浓度测量，难度大且不易操作。
也有利用数字图像分析技术对植保飞防效果进行评价的，利用水敏纸收集雾滴后通过图像处理的方法获取雾滴粒径分布和覆盖率等参数。同时利用荧光示踪法可准确检测雾滴在作物叶片上的沉积量。
例如公布号为cn106610366a的中国专利文献公开了一种航空施药沉积质量检测系统及方法，系统包括：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；航空喷洒装置中盛放有混合荧光示踪剂的施药溶液，用于向预设区域喷洒施药溶液；雾滴收集装置为铺设在预设区域内的具有预设宽度的可卷曲的无荧光效果的连续带状介质；连续带状介质用于收集航空喷洒装置喷洒的施药溶液；光谱采集装置用于对收集完施药溶液的连续带状介质进行光谱采集；雾滴沉积特性分析装置用于对光谱采集装置采集的光谱进行分析，计算雾滴在预设区域内的沉积质量。
但是利用示踪剂的方法，需要在采样后转移到实验室内利用光谱分析仪进行分析，既耗时又不可及时获取结果，不便于多样本的田间检测。
技术实现要素：
本发明的目的为提供一种便携式叶面雾滴大小与覆盖度的测量装置，该装置可以在田间对叶片无损、实地测量，大大满足了野外作业的需要。
本发明的另一目的为提供一种便携式叶面雾滴大小与覆盖度的测量方法，该方法基于以上测量装置实现，解决在野外环境下，快速且方便地评价航空植保作业效果的需求。
为了实现上述目的，本发明提供的便携式叶面雾滴大小与覆盖度的测量装置包括装置主体和设置在主体装置上用于夹持液杯的夹持机构；装置主体包括外壳和设置在外壳内的控制电路板；夹持机构包括夹持爪、激发光组件和光电转换组件，夹持爪包括相对设置的第一夹爪和第二夹爪，在第一夹爪和第二夹爪之间设有与液杯配合的夹垫，并设有按压式开关；激发光组件包括设置在第一夹爪的夹垫处的透镜和光源；光电转换组件包括设置在第二夹爪的夹垫处的滤光片和ccd相机；光源产生的光依次经过透镜和第一夹爪的夹垫进入液杯中照射叶片表面，随后叶面反射的光源依次经过第二夹爪的夹垫和滤光片进入ccd相机内被ccd相机采集并将采集到的图像信息传输至控制电路板。
上述技术方案中，将放置样本叶片的液杯夹持在夹持爪中，可触发按压式开关，控制激发光组件和光电转换组件工作。利用滤光片过滤发射光谱的波长，同时利用ccd相机获得叶面信息的反射信息。同时通过控制电路板对图像信息进行处理获得叶面雾滴大小，通过叶面的图像像素点信息，计算得到叶面雾滴的覆盖度。该便携式测量装置可以在田间对叶片无损、实地测量，大大满足了野外作业的需要。
上述ccd传感器是一种将光学图像转换成电子信号的设备，它被广泛地应用在数码相机和其他电子光学设备中。ccd传感器具有很高的解析度，可以感测及识别精细物体，提高影像品质。它还具有很高的敏感度，很低光度的入射光也能侦测到，其讯号不会被覆盖，可实现全天候应用。它的动态范围广，不因亮度差异大而造成信号反差现象。它还具有良好的线性特性曲线，光谱响应光，最重要的是其体积小重量轻。这些特性均有助于应用于便携式叶面雾滴大小与覆盖度快速测量装置中。
具体的方案为第一夹爪和第二夹爪之间设有铰轴，且第一夹爪和第二夹爪分别通过限位杆连接至铰轴。可以在第一夹爪和第二夹爪的内侧设置滑槽，限位杆的另一端滑动连接在滑槽内，第一夹爪和第二夹爪绕铰轴进行开合时，限位杆在滑槽内滑动，该设计可使夹持爪更加灵活，即使液杯不放入，也留有一定的空隙方便后续夹持液杯。
进一步具体的方案为外壳两侧设有相对设置的两个按钮，两按钮分别连接至第一夹爪和第二夹爪的末端，控制夹持爪的开合；两按钮的相对侧分别设有第一复位弹簧。通过按压按钮打开夹持爪，松开按钮后在第一复位弹簧的作用下回复原位并对放入夹持爪的液杯进行夹紧。
更进一步具体的方案为第一夹爪和第二夹爪的中部设有第二复位弹簧。进一步拉紧第一夹爪和第二夹爪，使液杯更加稳定。
另一个具体的方案为壳体内还设有电池，控制电路板连接有数据存储元件和数据传输元件，并连接有用于接收和显示测量结果的液晶显示屏。数据存储元件用于存储叶面信息，数据传输元件用于将测量装置测量到的数据传输给控制电路板，控制电路板将检测结果发送给液晶显示屏后经液晶显示屏进行显示。
另一个具体的方案为夹垫周围安装有遮光罩，且在配合处做防透光处理。以防外界光对测量造成影响。
为了实现上述另一目的，本发明提供的便携式叶面雾滴大小与覆盖度的测量方法基于上述测量装置实现，包括以下步骤：
1)将荧光剂混入喷施溶液中进行喷施并采集样本叶片，同时将样本叶片放入液杯中，利用夹持爪夹持液杯进行叶面信息采集；
2)激发光源照射叶片表面获得叶面沉积溶液的发射光谱信息；
3)利用滤光片过滤发射光谱的波长，同时利用ccd相机获得叶面信息的反射信息；
4)对获取的图像处理，通过与校正样本的像素点进行匹配对比，获得叶面雾滴大小；
5)通过获得叶面的图像像素点信息，计算得到叶面雾滴的覆盖度，假设检测出的叶面雾滴的像素点共有为m个，总体获取的图像的像素点共有n个，则所测的叶面雾滴的覆盖度f为：
具体地，步骤1)使用已知面积大小s与像素点数量l的校正标准板进行采集校正，ccd相机获得校正板的反射信息；步骤2)将样本叶片放入待测区域采集，利用光学系统采集叶面信息，获得叶面雾滴的像素点数量l1；步骤3)通过校正标准板已知的面积s和像素点数量l，与采集到待测样本叶片的叶面雾滴像素点数量l1，所测的叶面雾滴面积s1，理想直径d为：
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的便携式叶面雾滴大小与覆盖度的测量装置和基于该装置的测量方法可以在田间对叶片无损、实地测量，大大满足了野外作业的需要。解决在野外环境下，快速且方便地评价航空植保作业效果的需求。
附图说明
图1为本发明实施例的测量装置的结构示意图；
图2为本发明实施例的测量校正标准板结构示意图；
图3为本发明实施例的测量校正标准板的侧视图；
图4为本发明实施例的测量方法的流程图。
其中，1、夹持爪；2、遮光罩；3、光源；4、透镜；5、限位杆；6、按钮；7、第一复位弹簧；8、控制电路板；9、数据存储元件和数据传输元件；10、液晶显示屏；11、电池；12、外壳；13、按压式开关；14、第二复位弹簧；15、滤光片；16、ccd相机。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合实施例及其附图对本发明作进一步说明。
测量装置实施例
参见图1至图4，本实施例的便携式叶面雾滴大小和覆盖度的测量装置包括装置主体和用于夹持液杯的夹持机构。
其中，装置主体包括外壳12和设置在外壳12内的控制电路板8，壳体12内还设有电池11，控制电路板8连接有数据存储元件和数据传输元件9，并连接有用于接收和显示测量结果的液晶显示屏10。
夹持机构包括夹持爪1、激发光组件和光电转换组件。夹持爪1包括相对设置的第一夹爪和第二夹爪，在第一夹爪和第二夹爪之间设有与液杯配合的夹垫，并设有按压式开关13。夹垫周围安装有遮光罩2，且在配合处做防透光处理。第一夹爪和第二夹爪之间设有铰轴，且第一夹爪和第二夹爪分别通过限位杆5连接至铰轴。可以在第一夹爪和第二夹爪的内侧设置滑槽，限位杆5的另一端滑动连接在滑槽内，第一夹爪和第二夹爪绕铰轴进行开合时，限位杆5在滑槽内滑动，该设计可使夹持爪更加灵活，即使液杯不放入，也留有一定的空隙方便后续夹持液杯。当液杯被夹持后会触发按压式开关13，控制激发光组件和光电转换组件工作。
外壳12两侧设有相对设置的两个按钮6，两按钮6分别连接至第一夹爪和第二夹爪的末端，控制夹持爪的开合。两按钮6的相对侧分别设有第一复位弹簧7。通过按压按钮打开夹持爪，松开按钮后在第一复位弹簧7的作用下回复原位并对放入夹持爪的液杯进行夹紧。第一夹爪和第二夹爪的中部设有第二复位弹簧14，进一步拉紧第一夹爪和第二夹爪，使液杯更加稳定。
本实施例的激发光组件包括设置在第一夹爪的夹垫处的透镜4和光源3。光电转换组件包括设置在第二夹爪的夹垫处的滤光片15和ccd相机16。光源3产生的光依次经过透镜4和第一夹爪的夹垫进入液杯中照射叶片表面，随后叶面反射的光源依次经过第二夹爪的夹垫和滤光片进入ccd相机16内被ccd相机16采集并将采集到的图像信息传输至控制电路板8。通过控制电路板对图像信息进行处理获得叶面雾滴大小，通过叶面的图像像素点信息，计算得到叶面雾滴的覆盖度。数据存储元件存储叶面信息，数据传输元件将测量装置测量到的数据传输给控制电路板，控制电路板将检测结果发送给液晶显示屏后经液晶显示屏进行显示。
本实施例中电池11、激发光组件、光电转换组件、按压式开关13分别通过电线与机身内的控制电路板8相连。
利用上述装置实现叶面雾滴大小和覆盖度的测量方法包括以下步骤：
1)使用已知面积大小s与像素点数量l的校正标准板进行采集校正，ccd相机获得校正板的反射信息，将荧光剂混入喷施溶液中进行喷施并采集样本叶片，同时将样本叶片放入液杯中，利用夹持爪夹持液杯进行叶面信息采集，获得叶面雾滴的像素点数量l1。通过校正标准板已知的面积s和像素点数量l，与采集到待测样本叶片的叶面雾滴像素点数量l1，所测的叶面雾滴面积s1，理想直径d为：
利用标准板对相机获得的图像大小进行校正，已知大小的标准板被用来进行检测前的大小校正，以保证进行图像处理后获得的是真实的雾滴大小；
2)激发光源照射叶片表面获得叶面沉积溶液的发射光谱信息；
3)利用滤光片过滤发射光谱的波长，同时利用ccd相机获得叶面信息的反射信息；
4)对获取的图像处理，通过与校正样本的像素点进行匹配对比，获得叶面雾滴大小；
5)通过获得叶面的图像像素点信息，计算得到叶面雾滴的覆盖度，假设检测出的叶面雾滴的像素点共有为m个，总体获取的图像的像素点共有n个，则所测的叶面雾滴的覆盖度f为：
6)通过液晶显示屏将叶面雾滴大小和覆盖度显示出来。
测量方法实施例
本实施例的便携式叶面雾滴大小和覆盖度的测量方法基于测量装置实施例中的测量装置实现，该方法已经包含在测量装置实施例中，此处不再赘述。