[发明专利]基于红外摄像的水体浊度测量装置、图像采集系统和方法

说明书

本发明属于水体浊度测量技术领域，公开了一种基于红外摄像的水体浊度测量装置、图像采集系统和浊度测量方法，利用红外摄像头分别获取光线通过浊度溶液后的透射光和散射光的图像，通过图像处理得到图像的RGB数据，并从RGB空间变化到Lab颜色空间；再分别得到图像的Lab值；通过拟合散射、透射和比值方式下，系列浊度与其对应的R、G、B、L、a、b的值的关系，得到浊度值与对应的颜色分量之间的关系式，并用于实际水样的浊度测量。与商用普通浊度仪对比，对于标准溶液的测量，本发明的方法具有更高的准确性。对于具体水样的测量，和浊度计的结果具有一致性，验证了该方法的可行性，能够精确测量0～1000NTU的水体浊度。

技术领域

本发明属于水体浊度测量技术领域，尤其涉及一种基于红外摄像的水体浊度测量装置、图像采集系统和方法。

背景技术

目前，最接近的现有技术：一种基于水下观测网的水体浊度检测装置进行水体浊度检测的方法，利用计算机对彩色CCD摄像机拍摄的图像进行图像增强处理，先进行中值滤波降噪以去除脉冲噪声，再进行平均降噪以去除随机噪声，计算上述处理后图像的RGB值；以浊液浊度值为横坐标，图像的B值与G值的差值为纵坐标，根据图像拟合曲线，得出浊度和图像B-G值的关系式。由于颜色的影响，特别是带有颜色的实际水样的测量，浊度和RGB值之间的关系复杂，没有确定的对应关系。而普通水样的图片接近灰度图片，所以B和G值比较接近，B和G之间的差值很小，除非因为摄像头的原因使图像偏蓝，所以该方法测量浊度时，受水体颜色影响较大，测量精读很低。另外文献中比较接近的技术是利用高清相机拍摄塑料瓶装水样图片，并应用图像处理技术对不同浊度的水样进行表征。该技术误差大，类似比浊法的技术，该技术在测量过程中不仅瓶装水样被拍摄，瓶身周边环境也被拍摄。同时光源对图片特征影响较大，不适合用于定量测量。

浊度就是水的混浊程度，表现为水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。水中含有泥土、粉尘、微细有机物、浮游动物和其他微生物等悬浮物和胶体物都可使水呈现浊度。水体浊度是水中不同大小、比重、形状的悬浮物、胶体物质以及微生物杂质对光线透过时产生的阻碍程度。浊度的大小不仅与水体中的颗粒物有关，而且与其颗粒大小、形状和表面积有关。浊度测量在供水、酿酒、制药、环境保护及卫生防疫等诸多行业和部门有着广泛的用途。在水质监测方面，浊度是一个重要的表征水质的参数，也是评价出厂水水质的重要参数之一。浊度的测量在工业用水和日常生活饮用水的浊度控制方面有着重要的作用和意义。

目前水的浊度的测量方法都是基于光学方法，包括目视比浊法、透射光法、散射光法和积分球法(散射+透射法)，目视比浊法准确性较差，只适合粗略判断水体浊度。透射光法、散射光法的不同主要是光电探测器相对于入射光的角度不同和光电探测器的数量不同。探测器的角度对浊度的测量范围、测量的灵敏度都有很大的影响。

现有技术一：基于透射光法的浊度测量原理，采用透射光测定浊度，从光源发出的平行光束射入试样，试样中的浊质成分使光强度衰减，探测器检测衰减后的光强。探测器的衰减检测角相对于入射光是180°，测量的是入射光被散射和吸收后的光强，但是这个角度测量容易受到颜色干扰。光强度衰减程度与试样的浊度关系符合比尔-朗伯定律，用下式表示。

I_r＝I₀e^-kdl

式中：I_T：透射光强度，I₀：入射光强度，k：比例常数，d：浊度，l：透过深度。

现有技术二：基于散射光法的浊度测量原理，使用散射光法测定浊度，是当光源发出的光束通过溶液时，一部分光被吸收和散射，另一部分透过溶液。浊度仪通常检测90°的散射光。散射法对不同大小的微粒都有很好的灵敏度，当微粒的直径小于入射光波长时，与入射光成90°方向的散射光强度I_S与试样中微粒的浓度n之间的关系符合雷莱公式，如公式(2)：

I_S＝I₀kNV²/λ⁴