评定水敏纸-第1部分

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关于Jason Deveau(Spray_Guy)

Jason Deveau博士(@Spray_Guy)自2008年以来一直是Omafra应用技术专家。研究和教导方法,以改善特种作物,田间作物和受控环境中农业投入的安全,有效,有效地应用。他是Sprayers101的共同管理员,Airblast10雷竞技app震中杯赞助商1教科书的共同作者,慢骑车者和较慢的跑步者。雷竞技苹果app下载官方版

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关于这篇文章

这不是一篇典型的文章www.雷竞技app震中杯赞助商www.caroblogs.com.. 我们喜欢以易于阅读的格式编写可操作、数据驱动的内容。一些文章讨论了研究结果,一些描述了最佳实践和技术,偶尔还有一首模仿歌曲。但这篇文章是不同的。

我们最近写了三种商业品牌的水敏感纸(WSP)。这篇文章是对这些论文如何解决喷雾覆盖问题的公正比较评估。但为了公平评估,我们必须决定评估它们的最佳方法。这让我们掉进了一个兔子洞,比我们想象的要深得多。图像处理的科学是复杂的,有许多方法可以使用大量的国产和商用方法来解释WSP。我们决定分享我们学到的东西。

哪种方法最适合你?我们应该将最初用于快速、主观比较的工具发展到何种程度?以下是数字化和分析水敏纸的三部分引物。如果你是一个从未使用过WSP的种植者,你只需要读到下一个句子的结尾。买下来试试吧。如果你是一名顾问,一名研究人员,或者只是对从这个优秀的农艺工具中榨取你所能榨取的东西感兴趣,那就舒服点吧。

在这里,在第1部分中,我们将探讨WSP的简要历史,描述了它能够解决的内容,并开始如何捕获数字图片以供以后分析的道路。欢迎来到Blob分析的世界。

介绍

喷雾覆盖率描述了雾滴与目标表面积之间的接触程度。这个指标可以用来预测应用程序的成功。可视化覆盖最简单的方法之一是使用水敏纸,这是一种被动的人工收集器,当与水接触时,它会从黄色变成蓝色。

WSP经常用于评估对喷雾程序的迭代更改。策略性地放置在目标树冠上,或直接放置在地面上,实现统一的阈值覆盖可转化为提高功效、减少浪费、减少脱靶污染和降低农药耐药性发展的风险。WSP往往低估了在植物表面可能发生的扩散效应(特别是使用表面活性剂时),但它们作为相对指标是有效的。

WSP最简单的用途,也是其商业化开发的主要原因,是进行定性评估。例如,当观察者判断一张纸明显比另一张“蓝”时,随后的测量表明,它可以代表叶面沉积物增加20%。换言之,如果你能用肉眼察觉到差异,它可能代表了一种生物影响。WSP的快速和基本使用提供了即时和可操作的反馈,因此对任何喷雾器操作员来说都是有价值的信息。有人建议,在~200污渍/cm的情况下,手动计数变得不切实际2,但使用放大镜或亚麻测试仪式的镜片也可以计数更高。

一个放大镜或折叠亚麻布测试仪(最初设计用来检查梭织织物的质量)可以放大5-10倍来分辨较小的污渍。每一个存款数。

WSP还可用于深入,定量评估。这需要相机或扫描仪生成WSP和专用分析软件的数字图像以提取相关数据。已经进行了相当大的研究,以确定可以从WSP学习的内容的限制。这里常见的四条信息在这里列出了最简单,最可靠的,最难以确定,最不可靠(或可争议的,不可能)来确定。

  • 表面积的百分比。
  • 目标区域的沉积密度。
  • 留下污渍的液滴的大小。
  • 剂量施加到目标表面。

本文档将描述图像分析的基础知识,并提供用于从WSP提取覆盖率数据的商业工具和协议的示例。它还将描述这些方法的假设和固有的限制,以便用户可以决定投入的时间和精力的程度与结果的可靠性。

WSP的简史

1970年,一篇期刊文章描述了一种采样和评估雾滴的新方法。用溴乙基蓝处理过的相照纸产生了黄色的表面,当它遇到水分时就会变色。ph为基础的反应是快速和不可逆的,留下一个明显的蓝色标记沉积。

汽巴-盖基有限公司于1985年将水敏纸商业化(1996年更名为诺华,2000年更名为先正达)。它有几种格式,但50、76 × 22毫米(1 × 3英寸)的铝箔包装是最受欢迎的。如果你曾经用过水敏纸,它的来源是syngenta.在瑞士。最近,两种新的选择已经商业化:Innoquest劳动的论文(美国)和WSPAPS.(巴西)。

一旦干燥,WSP上的蓝色污渍是不可逆转的,纸张可以储存几年。然而,未染色的部分将继续与湿度,露水或指纹的水分反应,因此必须在处理和储存中进行护理。根据Syngenta,使用异丙醇(或类似溶剂)可以永久固定污渍,以除去黄色层,在白纸上留下黑色污渍。

水敏纸的局限性

一种。最小滴检测决斗

在炎热和干燥的条件下,并非所有接触WSP的液滴都会留下污渍。从喷嘴到靶的路线,液滴可以通过蒸发来集中,留下不足的水来染色纸张。Syngenta指出,在“热带条件”中,液滴<100μm的直径不会可靠地解决。对于大多数条件,它们的最小液滴直径更接近50μm。InnoQuest指出,其最小落滴检测直径在大多数环境条件下,在60至90μm之间。

这并不是说不能检测到较小的液滴。在绝对理想的条件下,任何品牌的WSP的最小可检测液滴直径都接近30µm(先正达、Innoquest、SprayX–个人通信)。先正达论文的显微镜分析表明,比这更细的水滴可以在表面留下物理“陨石坑”,但没有足够的水引起颜色变化。液滴产生的染色直径始终大于液滴直径,具体取决于扩散系数。

b。传播因素

染色剂的大小有时被用来推断产生它的液滴的大小。染色直径除以扩散因子,扩散因子是在特定条件下确定的。例如,先正达的扩散因子是在20℃和沉淀速度下液滴相对湿度为40%的条件下使用氧化镁和硅油法确定的。“沉降速度”可以被认为是最终速度,这就解释了液滴以更高的速度移动会留下更大直径的污点的事实。考虑一下水球快速或缓慢撞击一个表面所产生的飞溅。

扩散因子对所有液滴大小都不是恒定的。对于先正达的WSP,一个59µm的液滴预计会留下100µm直径的染色(扩散系数为1.7),一个285µm的液滴预计会留下600µm直径的染色(扩散系数为2.1)。这种关系有时可以使用微积分来捕获。一篇研究文章采用了这个公式:feDm = 0.74057 + 0.0001010399 × Dm + 0.02024884 × ln(Dm)(其中fe是扩散因子,Dm是以微米计的染色直径)。然后计算体积每:Vg = (π × Dg)3.)/6(式中,Vg是以μm为单位的液滴体积3.并且Dg是液滴直径为μm)。Innoquest确定了它们的传播因素是[0.4508×LN(观察到的污渍直径)] - 0.6221(个人通信)。

鉴于液滴尺寸排除了最佳液滴,依赖于具体情况的扩展因子,假设液滴已达到终端速度,并且可以通过重叠和椭圆污渍(在本文件的下一部分中讨论)来推迟,这是否有任何问题除了在高度控制条件下的相对比较之外,练习中的实用价值。

数字化WSP.

数码图像是用照相机或扫描仪产生的。摄像机采用光敏传感器组成的网格,每个传感器反射并记录图像的各自部分。相机捕捉图像很快,但容易对焦和失真问题,因为镜头必须非常接近WSP。SprayX的DropScope为了解决这一问题,需要对每个部件进行单独校准,以补偿组装期间的变化,并使用软件来处理镜头失真。当需要高分辨率时,相机是比较昂贵和复杂的选择。然而,当分辨率不是问题时,甚至可以使用智能手机摄像头(就像SnapCard应用程序)。

平板扫描仪按压固定在光敏传感器上方的玻璃压板上的多纸。这最大限度地减少了潜在的焦点问题。与摄像机相比,扫描仪体验较少的扭曲,因为它们不使用传感器的固定网格。相反,它们依赖于沿图像绘制传感器阵列的滑架电机的速度和一致性,捕获离散切片。扫描仪比相机便宜,但它们较慢,低端品种有时会跳过微小的图像切片。这不是扫描办公文档时的问题,但在分析高分辨率图像时可能会导致问题。

一个像素。

一个像素(一个压缩pic真正的埃尔是由光敏传感器记录的数字信息。“数字化”这个词的意思是“转换成数字”。最基本的像素值是一个8位(或8位)数字。每个比特要么是1,要么是0,所以每个像素值是2中的一个8(这是256)可能的独特组合。显示为8位数字网格的图片不会有意义,因此计算机根据查找表替换色调或颜色。

今天的传感器报告更高的像素值,使数字化图像具有更大的深度。RGB(R.编辑,G林,Blue)图像记录红色、绿色和蓝色的单独8位值。那是2563.或16,777,216用于单个24位像素的唯一颜色组合。

利用如此细致的频谱,两种颜色可能看起来与肉眼相同,但代表不同的像素值。因此,当我们可以使用像素值(实际数值数据)而不是阴影或颜色(数据解释)时,图像分析更准确。

(左)水敏纸的数字化扫描图。(中)放大一笔存款。(右)极端缩放以显示实际像素,既作为查找表颜色,又作为8位像素值。颜色可能看起来相似,但实际的像素值是不同的。

b。决议(规模)

在我们分析图像之前,我们必须首先了解规模。每个像素是网格中的最小元素,用于构成数字图像。图像的比例确定每个像素所代表的真实寿命大小,使得可以校准尺寸测量。我们经常参考图像分辨率DotsP.nch (DPI)。在这种情况下,“点”指的是像素。DPI越高,分辨率越高,因为每个像素的直径代表更小的现实长度。

相机分辨率用百万像素(MP)来描述,其中百万像素代表一个光敏传感器网格,能够产生100万像素的区域。当计划打印图像时,惯例是使用最低分辨率为每英寸300像素。例如,一个标准的8 x 10英寸。打印需要2400 x 3000像素,总面积为720万像素。这需要720万像素的摄像头。

我们处理的区域通常小于整个1 x 3英寸。纸张即使我们拍摄了整张照片,一台1MP的相机也能提供每英寸600像素的分辨率,大约是典型的8 x 10英寸相机所需分辨率的两倍。印刷品。这似乎足够了,但请记住,我们正在仔细检查图像,这类似于将印刷品放大到广告牌大小。作为参考,SprayX DropScope使用8MP摄像头。本文档中用于捕捉SnapCard图像的iPhone 7摄像头为12MP。

那么,理想的解决方案是什么?错误的解决方案会带来什么负面影响?低分辨率图像像素密度低,这可能导致我们将多个沉积物视为单个沉积物,或完全忽略最小的沉积物。可探测矿床的最小直径必须与成像分辨率大致相同。例如,如果一个像素的直径为30 μm,那么我们能够可靠分辨的最小沉积物大小也将相同。软件记录的存款大小小于分辨率的限制可能是由于算法错误,应该被忽略。

(左)原图像的比例已知。(中)低分辨率图像的特写,像素按比例校准。这是单一污渍还是多污渍的混合污渍?(右)高分辨率图像的特写,像素按比例校准。很容易看出这可能是一笔存款。

这是进一步复杂的染色位于交叉重叠多个像素。在这种情况下,一个以上的像素可能代表一种颜色,这种颜色足够蓝,可以登记为染色,报告比实际存在的更大的沉积物。

解决错误。(左)低分辨率会导致像素错误地将小的、离散的沉积物描绘成单一的、大的污点。(中)像素不能反射小于其直径的沉积物。(右)多个相邻像素可能错误地代表一个较小的交叉斑点。

追求尽可能高的分辨率是很诱人的,但这也会导致问题,比如检测和错误地将纸张表面纹理的不一致视为污渍。此外,高分辨率的图像会产生物流问题;它们需要更长的时间来扫描和处理,以及创建占用大量存储空间的大文件。图像格式(如JPEG)可以压缩图像文件,使其更小,但数据会丢失。其他格式(如TIFF、PNG、BMP)在节省空间方面效率不高,但它们保留原始数据,因此首选。

我们建议10 μm:像素提供足够的分辨率,合理的处理时间和可管理的文件大小。此外,考虑到沉积物可以重叠多个像素,我们建议使用过滤器去除任何小于3像素或30 μm跨度的沉积物。这个下限消除了伪影,仍然比WSP可能产生的最小污点要小。有些软件允许用户设置这个限制,有些软件则代表我们做出选择。

下一篇文章:图像分析软件和阈值。