[发明专利]一种基于高速摄影的土壤斥水性测量系统和方法

权利要求书

1.一种基于高速摄影的土壤斥水性测量系统，其特征在于，包括：放置土壤样品的承样台，具有高速连续拍摄照片能力的照相机，所述照相机镜头对准对所述土壤样品上表面平面，并在照相机视野中设有数字化秒表，所述土壤样品和照相机镜头之间设有透镜组，所述土壤样品上方设有滴定器，所述的滴定器与照相机、数字化秒表之间设有联动器；所述的照相机与具有图片处理能力的电脑连接。

2.根据权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述的承样台为圆形平台，圆形平台的下部中心设有旋转轴。

3.根据权利要求2所述的测量系统，其特征在于，所述的透镜组中设有十字刻线，所述的透镜组带有能够调节高度和水平位移的调节架。

4.根据权利要求3所述的测量系统，其特征在于，所述的照相机带有能够升降的云台。

5.根据权利要求4所述的测量系统，其特征在于，所述的滴定器包括：可旋转的盘架，所述的盘架上设置多个具有存水和滴水能力的滴管。

6.根据权利要求5所述的测量系统，其特征在于，滴定器出水口与土壤样品上表面之间的距离为2~3滴水滴的距离，所述水滴的水量为0.1~0.4毫升。

7.根据权利要求6所述的测量系统，其特征在于，所述的联动器包括：安装在滴定器出水口上的电磁阀，所述的电磁阀与三刀开关的一个刀臂连接，所述的三刀开关的另外两个刀臂分别与照相机的快门和数字化秒表的启动开关连接。

8.根据权利要求7所述的测量系统，其特征在于，所述的圆形平台、调节架、云台、盘架通过主支架连接，所述的圆形平台、调节架和云台上设置至少一个调节水平的水泡。

9.根据权利要求8所述的测量系统，其特征在于，所述的土壤样品是土壤取样环刀切出的土壤样本。

10.一种使用权利要求1所述系统进行土壤斥水性测量的方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：

取样的步骤：在被测试地区取土壤样品，将土壤样品防止在承样台上，将调整承样台连同土壤样品的水平状态，使土壤样品的上表面与水平面保持平行；

调整照相机的步骤：调整照相机的位置，使照相机中的画面与水平面垂直，将调整照相机，使照相机取景器中的中间一条水平刻线与土壤样品的上表面线重合；

调整透镜组的步骤：在照相机和土壤样品之间放入透镜组，调整透镜组的水平位置，将透镜组中的十字刻线的水平线与土壤样品的上表面重合，十字刻线的垂线与水平面保持垂直；调整照相机的焦距，使十字刻线和土壤样品上出现水滴的位置保持清晰；

准备滴定液体的步骤：在滴定器中准备洁净的水体和酒精；

拍摄的步骤：启动联动器，使滴定器向土壤样品的上表面滴出一滴水体，同时启动照相机连续拍摄水体从滴定器中流出、形成水滴、水滴与土壤样品上表面接触、水滴在土壤上表面形成水珠，土壤样品上表面的水珠变形并维持变形后一段时间的形状的全过程，并在每一种图片上显示拍摄的时间，拍摄时间精确到0.01秒；在土壤样品上表面选择不同位置滴下水滴，进行多次上述拍摄过程，形成多个系列照片；

选取系列照片的步骤：通过像素分析，比较每个系列照片中水滴在滴下过程的大小，选取滴下过程中水滴大小一致的系列照片；

分析照片的步骤：将选中水滴接触土壤表面0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、1.0秒时的照片，采用计算机图像处理算法进行水滴边缘检测，分析以水珠与土壤接触点为切点的水滴外缘切线与土壤水平线的夹角；

对于只测定0.1秒时夹角的，将90°作为亲水、斥水的分界线，角度越小斥水性越强，角度越大斥水性越弱；

对于测定多个时间点夹角的，计算夹角随时间的变化率，变化率为0为极强斥水性，变化率越大，斥水性越弱。