基于圖像視覺處理技術的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電子測量領域，尤其涉及一種圖像視覺處理技術實現水位和水質 監(jiān)測裝置。
【背景技術】
[0002] 現有的水位監(jiān)測裝置往往只能單獨的檢測水位，無法檢測水質，需要另外采用水 質監(jiān)測裝置來實現，如何實現同時測量水位和水質是本領域的技術難題。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種適于進行水質測量的水環(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 水面影像的灰度值以獲得水質情況。
[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，其下端口上設有照明裝置并在使用時進入水面，測量管的 上端口處設一攝像裝置，該攝像裝置適于拍攝所述測量管內的水面影像； 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據，所 述第一樣本數據適于記錄各種水質的灰度值(水質越差，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情況的無線通訊模塊； 設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槳； 所述圖像處理模塊適于對所述數字圖像進行灰度處理，以獲得所述水面影像的灰度 值，該灰度值與第一樣本數據進行比對得出水質情況。
[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。
[0008] 進一步，所述浮子為盤形且固定套設于所述測量管上，所述螺旋槳包括中心對稱 分布在所述浮子上的三個;所述無線通訊模塊連接有用于根據所述遠程控制信號控制各螺 旋槳的工作狀態(tài)，以實時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 拍攝時環(huán)境光線對水面影像的影響，所述測量管的內壁上設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 流暢通，以使所述測量管內的水質與實際水質一致，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一管壁上分布有通孔 的套管;所述套管與一適于驅動該套管繞所述測量管轉動的轉動機構傳動連接，該轉動機 構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，控制所述轉動機構帶動 套管旋轉以使所述測量管上的通孔和套管上的通孔分別相對，以使水流適于進出所述測量 管;在拍攝水面影像時，控制所述轉動機構帶動套管旋轉以使所述測量管上的通孔和套管 上的通孔彼此錯開，以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一套管;所述套管與一適于驅動該套管沿所述測量管上下 位移的位移驅動機構傳動連接，該位移驅動機構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，控制所述位移驅動機構帶動套管向上位移，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，以使水流適于進出所述測量管。所述 位移驅動機構為設于所述測量管上的、與所述套管相連的氣缸、油缸或直線電機等適于實 現直線位移的裝置。
[0011]進一步，為了實現對所述水環(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；導向輪，設于所述測量管的內壁上，在該測量管的內壁上鄰近 所述導向輪的上、下方分別設有與所述導向輪的輪軸平行的上、下導向桿，所述柔性標尺適 于分別從所述上、下導向桿與測量管的內壁的間隙中穿過并貼合在所述導向輪的內側輪面 上，所述導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，所述測量管內還包括 白色的管內浮子，該管內浮子為具有垂向設置的中央通孔的柱狀結構，所述攝像機構適于 拍攝所述中央通孔中的水面影像，且該管內浮子適于隨水面在所述測量管內上下浮動。
[0013] 與現有技術相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點：（1)本發(fā)明通過水面影像以獲得水質的 相應情況，裝置簡單，便于在野外或者無條件進行水質化驗的情況下進行便捷的水質測量 或預判，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，以及與分布通孔的套管進行配合，使在不拍攝水面影像時，控制所述轉動機構 帶動套管旋轉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，控制所述轉動機構帶動套管旋轉以使所述測量管上的通孔和套管上的通孔彼此錯 開，以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，以進一步提高水質監(jiān)測的精度；（3)通過柔性標 尺、所述測量管的外圍設有適于使該測量管豎直浮于水面的浮子、導向輪等部件，使所述水 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)可以漂浮在水面上進行水位測量，以獲得更加準確的水位值。
【附圖說明】
[0014] 為了使本發(fā)明的內容更容易被清楚的理解，下面根據的具體實施例并結合附圖， 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)的結構示意圖。
[0015] 圖2本發(fā)明的轉動機構、控制器、攝像裝置的連接示意圖； 圖3本發(fā)明的轉動機構的一種實施方式； 圖4本發(fā)明的轉動機構的另一種實施方式； 圖5本發(fā)明的轉動機構的另一種實施方式中各限位桿的結構俯視圖； 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構示意圖。
[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、導向輪6、上導 向桿7-1、下導向桿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。
【具體實施方式】
[0017] 下面結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 處設一攝像裝置，該攝像裝置適于拍攝所述測量管1內的水面影像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據，所 述第一樣本數據適于記錄各種水質的灰度值； 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情況的無線通訊模塊； 設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;所述無線通訊 模塊連接有用于根據所述遠程控制信號控制各螺旋槳的工作狀態(tài)，以實時控制所述測量管 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字圖像進行灰度處理，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據進行比對得出水質情況。
[0018] 水質檢測原理是利用不同水質相應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的各灰度值樣本，即第一樣本數據。
[0019] 采用MATLAB庫函數對所述水面影像2-1進行相應灰度值處理，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); %計算圖像像素矩陣的平均值 通過mean2函數就可以計算出所述水面影像2-1的灰度值。
[0020] 表1是各種水質的平均灰度值，即第一樣本數據：
按照一般常識，這些水樣本的水質優(yōu)劣可以這樣排列:純凈水〉綠茶水〉游泳池水〉河水 >混有泥漿的水〉被染料污染的水〉工業(yè)廢水《墨汁水，當水體采樣圖像灰度值(亮度值)越 小時，可認為其水質越差，反之亦然。因而在水質檢測時，可以通過對水體總體灰度的計算 得出相應的水質結論，還可以通過樣本提取、神經網絡、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,則得出該水質與河水的水質相當。
[0022]實施例二 在實施例一的基礎上，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的內壁上設有適于吸收光線的黑色涂層。
[0023] 實施例三 見圖2,進一步，在實施例二的基礎上，為了進一步避免水下光線對拍攝的影響，以提高 拍攝的