一種采用圖像視覺處理技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電子測量領(lǐng)域，尤其涉及一種圖像視覺處理技術(shù)實(shí)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(dú)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(shí)現(xiàn)，如何實(shí)現(xiàn)同時(shí)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(jìn)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(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，即對拍攝的水面影像進(jìn)行灰度處理得到該 水面影像的灰度值以獲得水質(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(shí)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(shí)進(jìn)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(yuǎn)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(gè)用于控制所述測量管在所述水面上的位置的螺旋槳； 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(jìn)行灰 度處理，以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(jìn)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(jìn)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(jī)或平板電腦。
[0007] 攝像裝置采用定焦廣角鏡頭，或定焦鏡頭。
[0008] 進(jìn)一步，所述浮子為盤形且固定套設(shè)于所述測量管上，所述螺旋槳包括中心對稱 分布在所述浮子上的三個(gè);所述無線通訊模塊連接有用于根據(jù)所述遠(yuǎn)程控制信號控制各螺 旋槳的工作狀態(tài)，以實(shí)時(shí)控制所述測量管在所述水面上的位置的螺旋槳控制器。為了避免 拍攝時(shí)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(jìn)一步，為了避免拍攝時(shí)水底環(huán)境光線對水面影像的影響，并在不拍攝時(shí)保持水 流暢通，以使所述測量管內(nèi)的水質(zhì)與實(shí)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(gè)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(dòng)該套管繞所述測量管轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)連接，該轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī) 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(shí)，控制所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng) 套管旋轉(zhuǎn)以使所述測量管上的通孔和套管上的通孔分別相對，以使水流適于進(jìn)出所述測量 管;在拍攝水面影像時(shí)，控制所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)套管旋轉(zhuǎn)以使所述測量管上的通孔和套管 上的通孔彼此錯(cuò)開，以防止外部光線進(jìn)入所述測量管。
[0010]作為另一種實(shí)施方式，所述測量管的在使用時(shí)位于水面下方的管壁上分布有多個(gè) 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(dòng)該套管沿所述測量管上下 位移的位移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)連接，該位移驅(qū)動(dòng)機(jī)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(shí)，控制所述位移驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)套管向上位移，以使所述套管覆蓋所述測 量管上的各通孔，以防止外部光線進(jìn)入所述測量管;在不拍攝水面影像時(shí)，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，以使水流適于進(jìn)出所述測量管。所述 位移驅(qū)動(dòng)機(jī)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(jī)等適于實(shí) 現(xiàn)直線位移的裝置。
[0011]進(jìn)一步，為了實(shí)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(biāo)尺，一端固定在水底，另一端與一適于收卷該柔性標(biāo)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(biāo)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(shí)，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(jī)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(dòng)。
[0013] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1)本發(fā)明通過水面影像以獲得水質(zhì)的 相應(yīng)情況，裝置簡單，便于在野外或者無條件進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)的情況下進(jìn)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(gè)通孔，測量管 的底端封閉，以及與分布通孔的套管進(jìn)行配合，使在不拍攝水面影像時(shí)，控制所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu) 帶動(dòng)套管旋轉(zhuǎn)以使所述測量管上的通孔和套管上的通孔吻合以適于水流流通;在拍攝水面 影像時(shí)，控制所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)套管旋轉(zhuǎn)以使所述測量管上的通孔和套管上的通孔彼此錯(cuò) 開，以防止外部光線進(jìn)入所述測量管;上述部件的組合使得在進(jìn)行水質(zhì)判斷時(shí)，避免了水下 光線的影響，使拍攝的水面影像更加準(zhǔn)確，以進(jìn)一步提高水質(zhì)監(jiān)測的精度；（3)通過柔性標(biāo) 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)可以漂浮在水面上進(jìn)行水位測量，以獲得更加準(zhǔn)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(shí)施例并結(jié)合附圖， 對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)構(gòu)的一種實(shí)施方式； 圖4本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的另一種實(shí)施方式； 圖5本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的另一種實(shí)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(biāo)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(jìn)電機(jī)8-3、電動(dòng)機(jī)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8-7b、第三限位桿8-7c、第四限位桿8-7d。
【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明： 實(shí)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(shí)該下端口適于整體進(jìn)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(yuǎn)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，所述螺旋槳包括中心對稱分布在所述浮子上的三個(gè);所述無線通訊 模塊連接有用于根據(jù)所述遠(yuǎn)程控制信號控制各螺旋槳的工作狀態(tài)，以實(shí)時(shí)控制所述測量管 在所述水面上的位置的螺旋槳控制器； 所述圖像處理模塊適于對所述數(shù)字圖像進(jìn)行灰度處理，以獲得所述水面影像2-1的灰 度值，該灰度值與第一樣本數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)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(jìn)行相應(yīng)灰度值處理，步驟如下： I=imread( 'image, jpg'）； ％打開待處理圖片（8位灰度） imshow(I); %顯示該圖片 C=mean2(I); %計(jì)算圖像像素矩陣的平均值 通過mean2函數(shù)就可以計(jì)算出所述水面影像2-1的灰度值。
[0020] 表1是各種水質(zhì)的平均灰度倌，即第一樣本數(shù)據(jù)：
' 按照一般常識，這些水樣本的水質(zhì)優(yōu)劣可以這樣排列:純凈水〉綠茶水〉游泳池水〉河水胃 >混有泥漿的水〉被染料污染的水〉工業(yè)廢水《墨汁水，當(dāng)水體采樣圖像灰度值(亮度值)越 小時(shí)，可認(rèn)為其水質(zhì)越差，反之亦然。因而在水質(zhì)檢測時(shí)，可以通過對水體總體灰度的計(jì)算 得出相應(yīng)的水質(zhì)結(jié)論，還可以通過樣本提取、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(xì)化的水質(zhì)指標(biāo)。
[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(dāng)。
[0022]實(shí)施例二 在實(shí)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