[发明专利]一种快速高精度的水质透明度测量装置及其测量方法

说明书

本发明提供一种快速高精度的水质透明度测量装置及其测量方法，包括透明度测量盘、光学机构、控制机构和可匹配上述各组件的外壳体，所述外壳体为半封闭不锈钢材料结构，外部具备出入水口和线路出口，内部具备内腔结构；所述透明度测量盘位于内腔下方光学机构前景深位置，具备黑白图样及白光照明组件，且面积大于相机物方视场在透明度测量盘处横截面面积；所述光学机构由依次排列的相机及镜片组成，具备窄视场、低景深特点，且光轴正对透明度测量盘中心。装置利用固定拍摄条件下，待测水质和标准水质下透明度测量盘照片像素、分辨率和对比度信息分析得出待测水质透明度，具有测量精度高，成本低，准确率高的特点。

技术领域

本发明涉及一种环境水质监测及水文测量技术领域,具体地涉及一种快速高精度的水质透明度测量装置及其测量方法。

背景技术

水资源，作为人类生活和幸福的重要资源，随着利用和开发强度的加大而日益受到退化的威胁，在这种情况下，人们越来越关注监测水环境的污染，以减少人类健康风险和保护生态系统。水透明度，作为水质评估的关键参数之一，表征水体光学特征，可以评价水体富营养化程度并能直观地反映水体的污染情况，正在得到越来越广的关注。水质透明度的准确测定，不仅有利于分析水体悬浮泥沙浓度及有色溶解质含量，还可为水下光学成像系统性能评估、水下成像质量影响因素分析提供重要支持。

现有透明度测量技术主要分为基于铅字法、十字法或塞氏盘法等人眼观测为主的传统测定方法和基于光电感应器件或以高光谱获取和测量为代表的水质固有光学性质测量的新型测定方法；近年来也有基于塞氏盘原理、利用图像分析和液位传感器，通过测定临界分辨塞氏盘时水位高度来计量水体透明度的方法报道。但是，传统方法存在受观测器性能、观测人眼睛近似程度、现场光照条件、塞氏盘颜色老化和测量绳倾斜以及水平面不平等主客观因素制约，测量结果缺乏客观代表性，而且不能测出水质在水平方向的透明度；水质固有光学性质的测定，虽然一定程度上解决了上述客观因素制约，但固有光学性质并不能全部反应透明度概念，并且仪器系统复杂、成本及技术门槛较高、价格昂贵，在民用领域的发展和应用十分有限。

利用原有塞氏盘技术基础，使用相机或者摄像机替代人眼，获取水体透明度的方法不仅可以解决人为观测带来的缺乏客观代表性问题，还能全面测量水体透明度值，而且成本可控。但现报道的基于塞氏盘成像测量水体透明度的文章及专利所讲述的方法核心是通过控制器分析塞氏盘图像临界消失时水位高度值来进行透明度获取，但在实际应用中，受临界消失的判定依据模糊及相机本身固有景深特性等客观调节制约，准确判断塞氏盘图像临界消失是非常或者难以做到，从而引入较大的测量误差，仪器精准度较低。

发明内容

为了克服上述技术问题，本发明提供一种简单方便并能保持高测量精度的新型水体透明度测量装置及其测量方法，该装置采用窄视场低景深相机对固定位置、固定亮度和固定大小的透明度测量盘成像,控制器获取相片像素、分辨率和对比度信息,与标准透明度水质下，相同拍摄条件所获取的相片信息比对,获取相片像素、分辨率和对比度差异，得出待测水质透明度，该装置具备精度高、体积小、价格低、实用性高特点。

本发明的技术方案是：一种基于在固定拍摄条件下，通过对比待测水质中透明度测量盘相片像素、分辨率、对比度信息与标准水质下相片对应信息得出待测水质透明度的水质透明度测量装置，该装置包括透明度测量盘、光学机构、控制机构和可匹配上述各组件的外壳体；

所述外壳体为半封闭不锈钢材料壳体结构，壳体机构外部具备出入水口和通讯控制线路出口，内部具备腔体结构，腔体连通出入水口，腔体两侧具备两个正对的圆形通光口；

所述透明度测量盘位于腔体下方，且处于光学机构前景深位置处，具备塞氏圆盘基础图样及白光照明组件，透明度测量盘面积大于相机物方视场在透明度测量盘处横截面面积，所述白光照明组件位于测量盘背部中心位置；

所述光学机构由相机及光学镜片组成，相机及光学镜片依次排列，并位于腔体上方通光口处，光学机构光轴正对透明度测量盘中心、并具备窄视场、低景深特点，可完成对上述透明度测量盘中心区域成像；