基于圖像視覺處理技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種電子測量領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種圖像視覺處理技術(shù)實現(xiàn)水位和水質(zhì) 監(jiān)測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 現(xiàn)有的水位監(jiān)測裝置往往只能單獨的檢測水位，無法檢測水質(zhì)，需要另外采用水 質(zhì)監(jiān)測裝置來實現(xiàn)，如何實現(xiàn)同時測量水位和水質(zhì)是本領(lǐng)域的技術(shù)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種適于進行水質(zhì)測量的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，該水 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)采用灰度檢測原理進行水質(zhì)監(jiān)測，即對拍攝的水面影像進行灰度處理得到該 水面影像的灰度值W獲得水質(zhì)情況。
[0004] 本發(fā)明提供了 一種水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，包括： 使用時上下分布的測量管，其下端口上設(shè)有照明裝置并在使用時進入水面，測量管的 上端口處設(shè)一攝像裝置，該攝像裝置適于拍攝所述測量管內(nèi)的水面影像； 視頻采集模塊，與所述攝像裝置相連，適于將采集得的圖像變換為數(shù)字圖像； 與所述視頻采集模塊相連的圖像處理模塊，該圖像處理模塊存儲有第一樣本數(shù)據(jù)，所 述第一樣本數(shù)據(jù)適于記錄各種水質(zhì)的灰度值(水質(zhì)越差，灰度值越高）； 與所述圖像處理模塊相連的用于接收遠程控制信號并輸出水質(zhì)情況的無線通訊模塊； 設(shè)于所述測量管的外圍的用于使該測量管垂直浮于水面的浮子，該浮子上設(shè)有至少一 個用于控制所述測量管在所述水面上的位置的螺旋獎； 所述水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的工作方法包括:所述圖像處理模塊適于對所述數(shù)字圖像進行灰 度處理，W獲得所述水面影像的灰度值，該灰度值與第一樣本數(shù)據(jù)進行比對得出水質(zhì)情況。
[0005] 無線通訊模塊為GSM、3G、4G或無線載波通訊模塊。
[0006] 所述水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)還包括:設(shè)于水岸上的與所述無線通訊模塊進行無線通訊的 無線控制器，優(yōu)選帶GSM、3G或4G通訊模塊的PC機或平板電腦。
[0007] 攝像裝置采用定焦廣角鏡頭，或定焦鏡頭。
[000引進一步，所述浮子為盤形且固定套設(shè)于所述測量管上，所述螺旋獎包括中屯、對稱 分布在所述浮子上的=個;所述無線通訊模塊連接有用于根據(jù)所述遠程控制信號控制各螺 旋獎的工作狀態(tài)，W實時控制所述測量管在所述水面上的位置的螺旋獎控制器。為了避免 拍攝時環(huán)境光線對水面影像的影響，所述測量管的內(nèi)壁上設(shè)有適于吸收光線的黑色涂層。
[0009]進一步，為了避免拍攝時水底環(huán)境光線對水面影像的影響，并在不拍攝時保持水 流楊通，W使所述測量管內(nèi)的水質(zhì)與實際水質(zhì)一致，所述測量管在位于水面下方的管壁上 分布有多個通孔，且該測量管的底端封閉；在水面下方的管體上套設(shè)一管壁上分布有通孔 的套管;所述套管與一適于驅(qū)動該套管繞所述測量管轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動機構(gòu)傳動連接，該轉(zhuǎn)動機 構(gòu)由一與所述攝像裝置相連的控制器控制，在不拍攝水面影像時，控制所述轉(zhuǎn)動機構(gòu)帶動 套管旋轉(zhuǎn)W使所述測量管上的通孔和套管上的通孔分別相對，W使水流適于進出所述測量 管;在拍攝水面影像時，控制所述轉(zhuǎn)動機構(gòu)帶動套管旋轉(zhuǎn)W使所述測量管上的通孔和套管 上的通孔彼此錯開，W防止外部光線進入所述測量管。
[0010] 作為另一種實施方式，所述測量管的在使用時位于水面下方的管壁上分布有多個 通孔，在水面下方的管體上套設(shè)一套管;所述套管與一適于驅(qū)動該套管沿所述測量管上下 位移的位移驅(qū)動機構(gòu)傳動連接，該位移驅(qū)動機構(gòu)由一與所述攝像裝置相連的控制器控制； 在拍攝水面影像時，控制所述位移驅(qū)動機構(gòu)帶動套管向上位移，W使所述套管覆蓋所述測 量管上的各通孔，W防止外部光線進入所述測量管;在不拍攝水面影像時，控制所述套管向 下位移，并使所述套管不覆蓋所述測量管上的各通孔，W使水流適于進出所述測量管。所述 位移驅(qū)動機構(gòu)為設(shè)于所述測量管上的、與所述套管相連的氣缸、油缸或直線電機等適于實 現(xiàn)直線位移的裝置。
[0011] 進一步，為了實現(xiàn)對所述水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的水位測量，所述水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)還包 括:柔性標尺，一端固定在水底，另一端與一適于收卷該柔性標尺的收卷裝置相連，該收卷 裝置固定于所述測量管上；導(dǎo)向輪，設(shè)于所述測量管的內(nèi)壁上，在該測量管的內(nèi)壁上鄰近 所述導(dǎo)向輪的上、下方分別設(shè)有與所述導(dǎo)向輪的輪軸平行的上、下導(dǎo)向桿，所述柔性標尺適 于分別從所述上、下導(dǎo)向桿與測量管的內(nèi)壁的間隙中穿過并貼合在所述導(dǎo)向輪的內(nèi)側(cè)輪面 上，所述導(dǎo)向輪的頂部處于水面上方。
[0012] 為了使攝像裝置在拍攝時，更加容易區(qū)分水面影像的邊緣，所述測量管內(nèi)還包括 白色的管內(nèi)浮子，該管內(nèi)浮子為具有垂向設(shè)置的中央通孔的柱狀結(jié)構(gòu)，所述攝像機構(gòu)適于 拍攝所述中央通孔中的水面影像，且該管內(nèi)浮子適于隨水面在所述測量管內(nèi)上下浮動。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：（1)本發(fā)明通過水面影像W獲得水質(zhì)的 相應(yīng)情況，裝置簡單，便于在野外或者無條件進行水質(zhì)化驗的情況下進行便捷的水質(zhì)測量 或預(yù)判，無需繁瑣步驟；（2)通過測量管在位于水面下方的管壁上分布有多個通孔，測量管 的底端封閉，W及與分布通孔的套管進行配合，使在不拍攝水面影像時，控制所述轉(zhuǎn)動機構(gòu) 帶動套管旋轉(zhuǎn)W使所述測量管上的通孔和套管上的通孔吻合W適于水流流通;在拍攝水面 影像時，控制所述轉(zhuǎn)動機構(gòu)帶動套管旋轉(zhuǎn)W使所述測量管上的通孔和套管上的通孔彼此錯 開，W防止外部光線進入所述測量管;上述部件的組合使得在進行水質(zhì)判斷時，避免了水下 光線的影響，使拍攝的水面影像更加準確，W進一步提高水質(zhì)監(jiān)測的精度；（3)通過柔性標 尺、所述測量管的外圍設(shè)有適于使該測量管豎直浮于水面的浮子、導(dǎo)向輪等部件，使所述水 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可W漂浮在水面上進行水位測量，W獲得更加準確的水位值。
【附圖說明】
[0014] 為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)的具體實施例并結(jié)合附圖， 對本發(fā)明作進一步詳細的說明，其中 圖1本發(fā)明的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015] 圖2本發(fā)明的轉(zhuǎn)動機構(gòu)、控制器、攝像裝置的連接示意圖； 圖3本發(fā)明的轉(zhuǎn)動機構(gòu)的一種實施方式； 圖4本發(fā)明的轉(zhuǎn)動機構(gòu)的另一種實施方式； 圖5本發(fā)明的轉(zhuǎn)動機構(gòu)的另一種實施方式中各限位桿的結(jié)構(gòu)俯視圖； 圖6本發(fā)明的水位檢測系統(tǒng)的用于水位檢測部分的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 其中，測量管1、水面2、水面影像2-1、浮子3、柔性標尺4、收卷裝置5、導(dǎo)向輪6、上導(dǎo) 向桿7-1、下導(dǎo)向桿7-2、套管8-1、密封腔8-2、步進電機8-3、電動機8-4、轉(zhuǎn)軸8-5、限位橫桿 8-6、第一限位桿8-7a、第二限位桿8-化、第立限位桿8-7c、第四限位桿8-7d。
【具體實施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細說明： 實施例1 如圖1，一種水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，包括： 測量管1，其下端口上設(shè)有照明裝置并在使用時該下端口適于整體進入水面2，上端口 處設(shè)一攝像裝置，該攝像裝置適于拍攝所述測量管1內(nèi)的水面影像2-1; 視頻采集模塊，與所述攝像裝置相連適于將采集圖像變換為數(shù)字圖像； 與所述視頻采集模塊相連的圖像處理模塊，該圖像處理模塊存儲有第一樣本數(shù)據(jù)，所 述第一樣本數(shù)據(jù)適于記錄各種水質(zhì)的灰度值. 與所述圖像處理模塊相連的用于接收遠程控制信號并輸出水質(zhì)情況的無線通訊模塊； 設(shè)于所述測量管的外圍的用于使該測量管垂直浮于水面的浮子，該浮子為盤形且固定 套設(shè)于所述測量管上，所述螺旋獎包括中屯、對稱分布在所述浮子上的=個;所述無線通訊 模塊連接有用于根據(jù)所述遠程控制信號控制各螺旋獎的工作狀態(tài)，W實時控制所述測量管 在所述水面上的位置的螺旋獎控制器； 所述圖像處理模塊適于對所述數(shù)字圖像進行灰度處理，W獲得所述水面影像2-1的灰 度值，該灰度值與第一樣本數(shù)據(jù)進行比對得出水質(zhì)情況。
[0018] 水質(zhì)檢測原理是利用不同水質(zhì)相應(yīng)的灰度值樣本與待檢測的水面影像的灰度值 進行比較，即圖像處理模塊存儲有不同水質(zhì)的各灰度值樣本，即第一樣本數(shù)據(jù)。
[0019] 采用MATLAB庫函數(shù)對所述水面影像2-1進行相應(yīng)灰度值處理，步驟如下： I=i皿eadrimage. jpg'）；％打開待處理圖片(8位灰度） imshow(I);%顯示該圖片 C=mean2(I);%計算圖像像素矩陣的平均值 通過mean2函數(shù)就可W計算出所述水面影像2-1的灰度值。
[0020] 表1是各種水質(zhì)的平均灰度值，即第一樣本數(shù)據(jù)： ]乂 KU 月乂 巧心只！ 乂1_呈勺\1十/+、口'_| 勺、化^'|化為
: 勺、 〉混有泥漿的水〉被染料污染的水〉工業(yè)廢水3墨汁水，當水體采樣圖像灰度值(亮度值)越 小時，可認為其水質(zhì)越差，反之亦然。因而在水質(zhì)檢測時，可W通過對水體總體灰度的計算 得出相應(yīng)的水質(zhì)結(jié)論，還可W通過樣本提取、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模式識別等更高級的處理手段，做 到檢測濁度等更細化的水質(zhì)指標。
[0021] 例如，若檢測到的水面影像2-1的灰度為85,則得出該水質(zhì)與河水的水質(zhì)相當。
[0022]實施例二 在實施例一的基礎(chǔ)上，為了避免外界光線對水面影像2-1的影響，所述攝像裝置與上端 口密封連接，所述測量管1的內(nèi)壁上設(shè)有適于吸收光線的黑色涂層。
[002；3] 實施例S 見圖2,進一步，在實施例二的基礎(chǔ)上，為了進一步避免水下光線對拍攝的影響，W提高 拍攝的水面影像2-1的亮度、色度的準確性，所述測量管1在位于水面2下方的管壁上分布有 多個通孔，且該測量管1的底端封閉；在水面2下方的管體上套設(shè)一分布