[发明专利]监测水质的系统和方法

说明书

技术领域

本发明一般地涉及监测水质的系统和方法。

背景技术

在水处理和供应过程中，例如，因安全原因，可能希望定期监测水的污染。在这种饮用水安全应用中快速获得突出的一种方法包括使用活的有机体或者酶促反应作为毒性指标。通过监测对测试有机体的有害生物影响，有可能在执行进一步分析以确定威胁的确切本质之前确认在供水系统中存在毒素。使用生物监测的关键优势是它的快速反应，以及它可以在废水处理厂的生化处理之前被用于关键位置，如配水系统的下游。存在可以用于监测毒性的几种不同的有机体，包括例如，细菌、无脊椎动物以及鱼。

在早期的系统中，通过人类监督员执行测试有机体的这种状态监测。已经注意到，人工全天候监测是乏味的且容易出错，因为在长时间后人的警觉性可能下降，而定期的监测不能提供用于适当响应的实时信息。计算机视觉系统可能更适合于这种情况，因为机器能够在长时间内以相同的性能水平提供持续的监测。

在一种现有技术方法中，使用摄像机来对鱼的运动进行视频监测。以一组预选择的运动参数的统计分布为基础的行为模型被计算作为时间函数。该方法进一步包括将所观察的运动统计分布与一组预测参数相比较，并在所观察的鱼的运动不符合预测参数时产生报警信息。然而，因为预测参数依赖于前面所观察的行为，该方法可能不对下面的情况做出响应，这些情况经历了尚未被观察并被记录在历史数据库中的不同种类的鱼和不同的污染物暴露。

在另一种现有技术方法中，监测区域按行和列被分为多个小块(即，感应点)，对每个块的亮度值进行检查，以确定该块是否被鱼所占有。标记鱼所占有的块，以便通过计算被标记的块的数量、移动速度等可以执行鱼行动模式的分析。在该方法中，需要将鱼缸分为多个隔离结构，每个隔离结构包含一条鱼。结果，相比于多条鱼可能成群游动的自然环境，该行动模式可能不准确。

在一个现有系统中，使水通过透明水箱，该透明水箱具有非常窄的宽度，并且包含多条鱼。使摄像机对准水箱正面，即由水箱的长度和高度限定的较大面。该系统测量行为参数，如活动的鱼的速度、行为(例如，就水箱中的高度、转弯和绕圈运动而言)、尺寸和数量。毒性被测量为这些行为参数的全局统计。然而，该系统不能解决闭塞，即一条鱼被更接近摄像机的一条或多条鱼部分地或完全地阻碍的情况。因为鱼的行动性的分析基于全局运动统计，所以在只有一条或两条死鱼的情况下分析可能是不确定的。另外，由于很窄的宽度，所以它不是饲养鱼的自然环境。这可能导致鱼不能足够快地移动，因此可能被检测为死鱼，导致假警报。

另一个现有水质监测系统包括接收箱和监测箱，其可能具有多达两个部分，每部分包含一条鱼。来自于放置在监测水箱一侧的摄像机的图像信号被输入到鱼检测传感器中，对在鱼检测传感器中图像信号进行处理，以连续地检测鱼的位置。将位置信号馈送到计算机中，以确定鱼的行动模式，然后将鱼的行动模式与预先存储的鱼的异常行动模式相比较，以检查所观察的行动模式是否异常。然而，与上述方法一样，被监测的鱼的数量是有限的，并且相比于多条鱼可能成群游动的自然环境，该行动模式可能不准确。

因此，存在提供用于监测水质的系统和方法的需要，该监测水质的系统和方法试图解决上述问题中至少之一。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了监测水质的系统，所述系统包括：用于接收待监测水流的容器，所述容器包含多条鱼并且被配置使得容纳鱼的基本上三维群行为；布置在所述容器上方的第一成像装置，用于获得鱼的俯视视频数据；以及用于根据前景对象检测来识别单独的鱼的装置。

所述系统可以进一步包括布置在所述容器侧面的第二成像装置，用于获得鱼的侧视视频数据。

所述系统可以进一步包括布置在所述容器内的隔离结构，所述隔离结构包括用于在内部容纳鱼的基本上连续的围墙，其中所述隔离结构的尺寸被确定以容纳鱼的基本上三维群行为。

可以对所述围墙进行配置使得它接近所述第一成像装置的视野。

所述围墙可以是基本上半透明的。

面对所述第二成像装置的所述围墙的一部分可以是基本上透明的，而所述围墙的其余部分是基本上半透明的。

所述隔离结构可以进一步包括基本上不透明的覆盖构件，所述覆盖构件被布置以覆盖所述围墙的基本上透明部分，用于减少在所述俯视视频数据中鱼的反射。

所述系统可以进一步包括照明设备，所述照明设备被配置以向所述第一成像装置提供基本上均匀的背景光。

所述照明设备可以进一步包括：布置在所述容器下面的光源，以及布置在所述光源和所述容器之间的用于漫射来自所述光源的光的装置。