[发明专利]水中絮体形态原位识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种絮体的检测方法。

背景技术

絮凝过程是给水和废水处理工艺中应用最普遍的关键环节之一，它在很大程度上影响着后续流程的运行工况、最终出水质量和成本费用。絮凝形态学是研究絮凝过程溶液中胶粒和絮凝剂的形态特征及对絮凝过程与絮凝效果影响规律的一门新的絮凝学理论分支，它认为在胶体溶液中，胶体颗粒和絮凝剂有着多种多样的形态特征，而这些形态因素是决定絮凝过程和絮凝效果的重要因素。目前水中絮体形态特征提取通常是将絮体沉淀在载玻片上，通过一个反相显微镜观测一定视场面积内多个絮体的静止影像结构，因而表征的都是人为选取的少数二维絮体图像，代表性差；而且在静态试验取样过程中势必会导致絮体破碎，且有大量絮体重叠现象，这就使获得的絮体形态特征与真实值相差较远，致使得到的计算结果千差万别，数据规律模糊，因此不能用于实际水处理生产过程中絮体形态的实时检测控制。

发明内容

本发明的目的是为了解决目前水处理絮体检测过程中所采用的方法存在代表性差，絮体破碎、重叠，导致获得的絮体形态特征与真实值相差较远，致使得到的计算结果千差万别，数据规律模糊的缺陷，而提供的一种水中絮体形态原位识别方法。

按以下步骤进行水中絮体形态原位识别：一、在水处理反应池入口处及反应池出水处分别各安装一部高速数字摄像机进行水下高速连续拍摄，并采用落射光照明；二、将高速数字摄像机拍摄的图像通过数字接口传输到计算机中并转换成连续的絮体图像记录文件；三、将反应池入口处拍摄的絮体图像文件按时间顺序编列成队，并以队列中连续的1000幅絮体图像记录文件为识别检测对象，采用顺次推移先进先出的原则；四、将识别检测对象1000幅连续絮体图像记录文件转换为256级絮体灰度图像文件，并采用迭代阀值选择方法分别自动选取每幅絮体灰度图像文件各自最适合的分割阀值T；五、将每幅絮体灰度图像文件中灰度值低于本幅分割阀值T的灰度区域作为絮体，并对1000幅絮体灰度图像文件中的所有絮体从1到n进行编号，其中n为1000幅絮体灰度图像文件中絮体总数；六、数据采集：以单个絮体所含像素点数作为单个絮体投影面积A_i，以单个絮体周长所含像素点数作为单个絮体周长S_i，取单个絮体投影面积A_i的自然对数值lnA_i，取单个絮体周长S_i的自然对数值lnS_i，其中i＝1至n；七、以1000幅絮体灰度图像文件中絮体总数n为计算对象，再根据lnA_i和lnS_i的直线关系用最小二乘法进行拟和求得直线方程为：lnA＝D_flnS+E，其中lnA为直线方程的y轴变量，lnS为直线方程的x轴变量，E为直线的截距，D_f为直线斜率；八、将计算出的直线斜率D_f作为距反应池入口处的絮体分形维数值D_f1；九、将反应池出水处拍摄的絮体图像文件按时间顺序编列成队，并以队列中连续的1000幅絮体图像记录文件为识别检测对象，采用顺次推移先进先出的原则；十、对反应池出水处的识别检测对象重复操作步骤四至七，并将计算出的直线斜率D_f作为距反应池出水处的絮体分形维数值D_f2；十一、根据公式β＝(D_f1-D_f2)/D_f2计算出絮体形态特征参数β，絮体形态特征参数β值越小，絮体越密实，絮凝效果越好，絮体形态特征参数β值越大，絮体越疏松，絮凝效果越差；其中步骤一中的高速数字摄像机以640×480至1280×1024像素分辨率及100～500帧/秒的摄像速度拍摄；步骤九中连续的1000幅絮体图像记录文件与步骤三中连续的1000幅絮体图像记录文件是同时拍摄的；步骤四中每幅絮体灰度图像文件各自最适合的分割阀值T的计算方法为：

①选择絮体灰度图像文件的灰度均值μ作为初始阀值的估算值T₀，

②利用阀值T₀把絮体图像分割成R₁和R₂两个区域，

③分别计算区域R₁和R₂的灰度均值μ₁和μ₂，

④重新定义新的阀值T₀＝(μ₁+μ₂)/2，