一种基于图像处理技术的土壤含水量快速测定方法

1.本发明涉及土壤含水量测定技术领域，具体为一种基于图像处理技术的土壤含水量快速测定方法。


背景技术：

2.土壤含水量一般是指土壤绝对含水量，即100g烘干土中含有若干克水分，也称土壤含水率，测定土壤含水量可掌握作物对水的需要情况，对农业生产有很重要的指导意义，其主要方法有称重法，张力计法，电阻法，中子法，r-射线法，驻波比法，时域反射法、高频振荡法(fdr)及光学法等。土壤中水分含量称之为土壤含水率，是由土壤三相体(固相骨架、水或水溶液、空气)中水分所占的相对比例表示的，通常采用重量含水率(θg)和体积含水率(θv)两种表示方法。
3.现有技术中，图像二值化就是将图像上的像素点的灰度值设置为0～255，也就是将整个图像呈现出明显的黑白效果的过程；在数字图像处理中，二值图像占有非常重要的地位，图像的二值化使图像中数据量大为减少，从而能凸显出目标的轮廓。
4.但是，现有技术中，缺少基于图像二值化处理技术的土壤含水量快速测定方法，导致无法清晰的观察出土壤含水量于灰度值之间的函数关系。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于图像处理技术的土壤含水量快速测定方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于图像处理技术的土壤含水量快速测定方法，包括以下步骤：
7.精确称取1g鲜土，准确记录鲜土的质量为m，至少保留小数点后两位；
8.将鲜土放入浸提剂比色管中，并剧烈振荡提取土壤中的水分；
9.分别加入1.5g沉降剂和0.2g脱色剂，并充分摇匀，静止10分钟；
10.用定量滤纸将上述溶液过滤于一个干净、无水、透明的玻璃比色管中备用，即为土壤样本待测液；
11.采用ptc08串口摄像头对土壤样品待测液进行拍照；
12.提取图像处理区域信息，并进行二值化处理，转化为灰度值；
13.将样本灰度值代入标准曲线或与比色卡比对，得到1g土壤样本的含水量值x，单位为％；
14.计算土壤样本的含水量＝x/m；
15.配制标准溶液，按照图像处理方法进行灰度处理，并绘制标准曲线，同时将以上标曲拍照，制成比色卡。
16.优选的，浸提剂采用无水氯化钴的有机溶液，有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇或丙酮中的一种，浓度为0.1～10g/l，10ml装入一个比色管中，为一个土样样本的浸提试剂。
17.优选的，氯化钴脱除结晶水的制备过程：将六水合氯化钴放入烘箱中，温度调至120℃，烘干21小时至恒重。
18.优选的，沉降剂为粉剂，由1份硫酸亚铁和2份乙酸锌组成。
19.优选的，脱色剂为颗粒状活性炭。
20.优选的，分别配制含水量为0％、1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％的标准溶液，按照图像处理方法进行灰度处理，并绘制标准曲线，同时将以上标曲拍照，制成比色卡。
21.优选的，通过标准曲线求得的土壤含水量精确度高于比色卡比对，比色卡比对为目视比色法，属于半定量测试，速度快但精度低。
22.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
23.本发明提出的基于图像处理技术的土壤含水量快速测定方法分别配制含水量为0％、1％、5％、10％、15％、20％、25％、30％、35％、40％的标准溶液，按照图像处理方法进行灰度处理，并绘制标准曲线，得出土壤含水量大于40％不利于作物生长，低于3％作物也无法正常生长，饱墒含水量为18.5％～20％；且相较于传统测定方法，不仅简便且速度快。
附图说明
24.图1为本发明操作流程图；
25.图2为灰度值-土壤含水量标准曲线图。
具体实施方式
26.为了使本发明的目的、技术方案进行清楚、完整地描述，及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明实施例进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅仅用以解释本发明实施例，并不用于限定本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“中”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“侧”、“竖直”、“水平”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“一”、“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”、“第六”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
28.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.出于简明和说明的目的，实施例的原理主要通过参考例子来描述。在以下描述中，很多具体细节被提出用以提供对实施例的彻底理解。然而明显的是，对于本领域普通技术人员，这些实施例在实践中可以不限于这些具体细节。在一些实例中，没有详细地描述公知
方法和结构，以避免无必要地使这些实施例变得难以理解。另外，所有实施例可以互相结合使用。
30.请参阅图1至图2，本发明提供一种技术方案：一种基于图像处理技术的土壤含水量快速测定方法：
31.实施例一
32.精确称取1g鲜土，准确记录鲜土的质量为m，至少保留小数点后两位；
33.将鲜土放入浸提剂比色管中，并剧烈振荡提取土壤中的水分；浸提剂采用无水氯化钴的有机溶液，有机溶剂为甲醇，浓度为0.1g/l，10ml装入一个比色管中，为一个土样样本的浸提试剂；
34.分别加入1.5g沉降剂和0.2g脱色剂，沉降剂为粉剂，由1份硫酸亚铁和2份乙酸锌组成，脱色剂为颗粒状活性炭，并充分摇匀，静止10分钟；
35.用定量滤纸将上述溶液过滤于一个干净、无水、透明的玻璃比色管中备用，即为土壤样本待测液；
36.采用ptc08串口摄像头对土壤样品待测液进行拍照；
37.提取图像处理区域信息，并进行二值化处理，转化为灰度值；
38.将样本灰度值代入标准曲线或与比色卡比对，得到1g土壤样本的含水量值x，单位为％；
39.计算土壤样本的含水量＝x/m；
40.配制含水量为0％的标准溶液，按照图像处理方法进行灰度处理，并绘制标准曲线，同时将以上标曲拍照，制成比色卡，得出灰度值为237。
41.实施例二
42.精确称取1g鲜土，准确记录鲜土的质量为m，至少保留小数点后两位；
43.将鲜土放入浸提剂比色管中，并剧烈振荡提取土壤中的水分；浸提剂采用无水氯化钴的有机溶液，有机溶剂为乙醇，浓度为0.1g/l，10ml装入一个比色管中，为一个土样样本的浸提试剂；
44.分别加入1.5g沉降剂和0.2g脱色剂，沉降剂为粉剂，由1份硫酸亚铁和2份乙酸锌组成，脱色剂为颗粒状活性炭，并充分摇匀，静止10分钟；
45.用定量滤纸将上述溶液过滤于一个干净、无水、透明的玻璃比色管中备用，即为土壤样本待测液；
46.采用ptc08串口摄像头对土壤样品待测液进行拍照；
47.提取图像处理区域信息，并进行二值化处理，转化为灰度值；
48.将样本灰度值代入标准曲线或与比色卡比对，得到1g土壤样本的含水量值x，单位为％；
49.计算土壤样本的含水量＝x/m；
50.配制含水量为1％的标准溶液，按照图像处理方法进行灰度处理，并绘制标准曲线，同时将以上标曲拍照，制成比色卡，得出灰度值为230。
51.实施例三
52.精确称取1g鲜土，准确记录鲜土的质量为m，至少保留小数点后两位；
53.将鲜土放入浸提剂比色管中，并剧烈振荡提取土壤中的水分；浸提剂采用无水氯
化钴的有机溶液，有机溶剂为丙醇，浓度为0.1g/l，10ml装入一个比色管中，为一个土样样本的浸提试剂；
54.分别加入1.5g沉降剂和0.2g脱色剂，沉降剂为粉剂，由1份硫酸亚铁和2份乙酸锌组成，脱色剂为颗粒状活性炭，并充分摇匀，静止10分钟；
55.用定量滤纸将上述溶液过滤于一个干净、无水、透明的玻璃比色管中备用，即为土壤样本待测液；
56.采用ptc08串口摄像头对土壤样品待测液进行拍照；
57.提取图像处理区域信息，并进行二值化处理，转化为灰度值；
58.将样本灰度值代入标准曲线或与比色卡比对，得到1g土壤样本的含水量值x，单位为％；
59.计算土壤样本的含水量＝x/m；
60.配制含水量为5％的标准溶液，按照图像处理方法进行灰度处理，并绘制标准曲线，同时将以上标曲拍照，制成比色卡，得出灰度值为198。
61.实施例四
62.精确称取1g鲜土，准确记录鲜土的质量为m，至少保留小数点后两位；
63.将鲜土放入浸提剂比色管中，并剧烈振荡提取土壤中的水分；浸提剂采用无水氯化钴的有机溶液，有机溶剂为丙酮，浓度为3g/l，10ml装入一个比色管中，为一个土样样本的浸提试剂；
64.分别加入1.5g沉降剂和0.2g脱色剂，沉降剂为粉剂，由1份硫酸亚铁和2份乙酸锌组成，脱色剂为颗粒状活性炭，并充分摇匀，静止10分钟；
65.用定量滤纸将上述溶液过滤于一个干净、无水、透明的玻璃比色管中备用，即为土壤样本待测液；
66.采用ptc08串口摄像头对土壤样品待测液进行拍照；
67.提取图像处理区域信息，并进行二值化处理，转化为灰度值；
68.将样本灰度值代入标准曲线或与比色卡比对，得到1g土壤样本的含水量值x，单位为％；
69.计算土壤样本的含水量＝x/m；
70.配制含水量为10％的标准溶液，按照图像处理方法进行灰度处理，并绘制标准曲线，同时将以上标曲拍照，制成比色卡，得出灰度值为166。
71.实施例五
72.精确称取1g鲜土，准确记录鲜土的质量为m，至少保留小数点后两位；
73.将鲜土放入浸提剂比色管中，并剧烈振荡提取土壤中的水分；浸提剂采用无水氯化钴的有机溶液，有机溶剂为丙酮，浓度为5g/l，10ml装入一个比色管中，为一个土样样本的浸提试剂；
74.分别加入1.5g沉降剂和0.2g脱色剂，沉降剂为粉剂，由1份硫酸亚铁和2份乙酸锌组成，脱色剂为颗粒状活性炭，并充分摇匀，静止10分钟；
75.用定量滤纸将上述溶液过滤于一个干净、无水、透明的玻璃比色管中备用，即为土壤样本待测液；
76.采用ptc08串口摄像头对土壤样品待测液进行拍照；
77.提取图像处理区域信息，并进行二值化处理，转化为灰度值；
78.将样本灰度值代入标准曲线或与比色卡比对，得到1g土壤样本的含水量值x，单位为％；
79.计算土壤样本的含水量＝x/m；
80.配制含水量为15％的标准溶液，按照图像处理方法进行灰度处理，并绘制标准曲线，同时将以上标曲拍照，制成比色卡，得出灰度值为145。
81.实施例六
82.精确称取1g鲜土，准确记录鲜土的质量为m，至少保留小数点后两位；
83.将鲜土放入浸提剂比色管中，并剧烈振荡提取土壤中的水分；浸提剂采用无水氯化钴的有机溶液，有机溶剂为丙醇，浓度为0.1g/l，10ml装入一个比色管中，为一个土样样本的浸提试剂；
84.分别加入1.5g沉降剂和0.2g脱色剂，沉降剂为粉剂，由1份硫酸亚铁和2份乙酸锌组成，脱色剂为颗粒状活性炭，并充分摇匀，静止10分钟；
85.用定量滤纸将上述溶液过滤于一个干净、无水、透明的玻璃比色管中备用，即为土壤样本待测液；
86.采用ptc08串口摄像头对土壤样品待测液进行拍照；
87.提取图像处理区域信息，并进行二值化处理，转化为灰度值；
88.将样本灰度值代入标准曲线或与比色卡比对，得到1g土壤样本的含水量值x，单位为％；
89.计算土壤样本的含水量＝x/m；
90.配制含水量为20％的标准溶液，按照图像处理方法进行灰度处理，并绘制标准曲线，同时将以上标曲拍照，制成比色卡，得出灰度值为122。
91.实施例七
92.精确称取1g鲜土，准确记录鲜土的质量为m，至少保留小数点后两位；
93.将鲜土放入浸提剂比色管中，并剧烈振荡提取土壤中的水分；浸提剂采用无水氯化钴的有机溶液，有机溶剂为丙醇，浓度为10g/l，10ml装入一个比色管中，为一个土样样本的浸提试剂；
94.分别加入1.5g沉降剂和0.2g脱色剂，沉降剂为粉剂，由1份硫酸亚铁和2份乙酸锌组成，脱色剂为颗粒状活性炭，并充分摇匀，静止10分钟；
95.用定量滤纸将上述溶液过滤于一个干净、无水、透明的玻璃比色管中备用，即为土壤样本待测液；
96.采用ptc08串口摄像头对土壤样品待测液进行拍照；
97.提取图像处理区域信息，并进行二值化处理，转化为灰度值；
98.将样本灰度值代入标准曲线或与比色卡比对，得到1g土壤样本的含水量值x，单位为％；
99.计算土壤样本的含水量＝x/m；
100.配制含水量为25％的标准溶液，按照图像处理方法进行灰度处理，并绘制标准曲线，同时将以上标曲拍照，制成比色卡，得出灰度值为104。
101.实施例八
102.精确称取1g鲜土，准确记录鲜土的质量为m，至少保留小数点后两位；
103.将鲜土放入浸提剂比色管中，并剧烈振荡提取土壤中的水分；浸提剂采用无水氯化钴的有机溶液，有机溶剂为乙醇，浓度为10g/l，10ml装入一个比色管中，为一个土样样本的浸提试剂；
104.分别加入1.5g沉降剂和0.2g脱色剂，沉降剂为粉剂，由1份硫酸亚铁和2份乙酸锌组成，脱色剂为颗粒状活性炭，并充分摇匀，静止10分钟；
105.用定量滤纸将上述溶液过滤于一个干净、无水、透明的玻璃比色管中备用，即为土壤样本待测液；
106.采用ptc08串口摄像头对土壤样品待测液进行拍照；
107.提取图像处理区域信息，并进行二值化处理，转化为灰度值；
108.将样本灰度值代入标准曲线或与比色卡比对，得到1g土壤样本的含水量值x，单位为％；
109.计算土壤样本的含水量＝x/m；
110.配制含水量为30％的标准溶液，按照图像处理方法进行灰度处理，并绘制标准曲线，同时将以上标曲拍照，制成比色卡，得出灰度值为90。
111.实施例九
112.精确称取1g鲜土，准确记录鲜土的质量为m，至少保留小数点后两位；
113.将鲜土放入浸提剂比色管中，并剧烈振荡提取土壤中的水分；浸提剂采用无水氯化钴的有机溶液，有机溶剂为丙酮，浓度为10g/l，10ml装入一个比色管中，为一个土样样本的浸提试剂；
114.分别加入1.5g沉降剂和0.2g脱色剂，沉降剂为粉剂，由1份硫酸亚铁和2份乙酸锌组成，脱色剂为颗粒状活性炭，并充分摇匀，静止10分钟；
115.用定量滤纸将上述溶液过滤于一个干净、无水、透明的玻璃比色管中备用，即为土壤样本待测液；
116.采用ptc08串口摄像头对土壤样品待测液进行拍照；
117.提取图像处理区域信息，并进行二值化处理，转化为灰度值；
118.将样本灰度值代入标准曲线或与比色卡比对，得到1g土壤样本的含水量值x，单位为％；
119.计算土壤样本的含水量＝x/m；
120.配制含水量为35％的标准溶液，按照图像处理方法进行灰度处理，并绘制标准曲线，同时将以上标曲拍照，制成比色卡，得出灰度值为80。
121.实施例十
122.精确称取1g鲜土，准确记录鲜土的质量为m，至少保留小数点后两位；
123.将鲜土放入浸提剂比色管中，并剧烈振荡提取土壤中的水分；浸提剂采用无水氯化钴的有机溶液，有机溶剂为甲醇，浓度为10g/l，10ml装入一个比色管中，为一个土样样本的浸提试剂；
124.分别加入1.5g沉降剂和0.2g脱色剂，沉降剂为粉剂，由1份硫酸亚铁和2份乙酸锌组成，脱色剂为颗粒状活性炭，并充分摇匀，静止10分钟；
125.用定量滤纸将上述溶液过滤于一个干净、无水、透明的玻璃比色管中备用，即为土
壤样本待测液；
126.采用ptc08串口摄像头对土壤样品待测液进行拍照；
127.提取图像处理区域信息，并进行二值化处理，转化为灰度值；
128.将样本灰度值代入标准曲线或与比色卡比对，得到1g土壤样本的含水量值x，单位为％；
129.计算土壤样本的含水量＝x/m；
130.配制含水量为40％的标准溶液，按照图像处理方法进行灰度处理，并绘制标准曲线，同时将以上标曲拍照，制成比色卡，得出灰度值为72。
131.对比例一
132.精确称取1g鲜土，准确记录鲜土的质量为m，至少保留小数点后两位；
133.将鲜土放入传统土壤含水量测定溶液比色管中，并剧烈振荡提取土壤中的水分。
134.对比例二
135.1、小型铝盒的烘干及称量，
①
编号，将铝盒标记好实验号；
②
取小型铝盒在恒温干燥箱中于105℃土2c烘约2小时；
③
用钳子将空铝盒移入干燥器内冷却至室温(约20分钟)称重，精确至0.0001g，作好记录，m1。
136.2、称土样，称取土样约5g，精确至0.0001g，作好记录，m2。
137.3、土样装盒及烘干，将称好的土壤样，均匀地平铺装在铝盒内，铝盒盖倾斜放在铝盒上，置于已预热至105℃土2℃的恒温干燥箱中烘约6小时。
138.4、土样盒称重，将烘干的土样盒取出，盖好，移入干燥器内冷至室温(约20分钟)，立即称重，精确到0.0001g，作好记录，m3。
139.5、结果计算:结果保留小数点后一位。
140.6、土壤含水量的计算公式为：
[0141][0142]
[0143][0144]
图像的二值化是将图像上的像素点的灰度值设置为0～255，制备得到标准溶液含水量范围为：0～40％，得出的灰度值范围为：72～237，即实施例一至十测定的土壤灰度值均满足图像的二值化的成像范围；通过灰度值及对应含水量的对比得出，土壤含水量大于40％不利于作物生长，低于3％作物也无法正常生长，饱墒含水量为18.5％～20％；且相较于传统测定方法，不仅简便且速度快。
[0145]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。