CN101266258A - 湍动条件下低浓度污泥沉降速率的测量方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种湍动条件下低浓度污泥沉降速率的测量方法和装置，通过处理污泥的影像从而获取污泥测量资料，影像获取设备经数据线与测量计算机相连，测量计算机包括：影像撷取模块、影像处理模块和影像测量模块，影像测量模块用于根据影像处理模块所获取的资料进行运算，以获取被测污泥的资料，其包含污泥粒径测量子模块，用于根据影像处理模块所获取的污泥影像，计算污泥影像的平均粒径，以根据换算比例计算被测量污泥的实际平均粒径；污泥沉降速率测量子模块，用于根据处理模块所获取的两帧影像进行运算，计算出在影像上污泥运动的速率，并由换算比例计算出实际污泥沉降速率。本发明具有测量结果精度高，同时测量快速、使用方便及自动化的优点。

Description

湍动条件下低浓度污泥沉降速率的测量方法和装置

技术领域

本发明涉及一种湍动条件下低浓度污泥沉降速率的测量方法和装置，尤其指一种通过处理污泥的影像从而获取污泥测量资料的装置和方法，用于各类污泥沉降速率以及形态尺寸大小的测试、污水处理厂污泥沉降性能日常监测、污泥沉降过程水动力学实验室研究，以及各类水处理反应器局部污泥沉积的评估与预警等方面。

背景技术

目前，沉淀主要可分为混凝沉降、自由沉降、絮凝沉降和区域沉降等。在静水条件下，混凝沉降通过试验绘出浊度与投药量的关系曲线，并计算水样慢速搅拌过程中的速度梯度G和GT；自由沉降试验在圆管中进行，绘制悬浮物去除百分数P与沉速v的P-v曲线描述整个沉降过程；絮凝沉降则由絮体颗粒沉淀试验去除百分数等值线进行表达；区域沉降由批沉降实验或污泥沉降性能指标SVI、DSVI(diluted SVI)、SSVI(stirred SVI)的经验关系获得，主要是测定不同初始浓度条件下污泥浑液面高度与污泥沉降时间的关系曲线，在此基础上确定污泥沉降速率与各种污泥及其初始浓度相关的各类模型参数来得到，如：Vesilind公式、Cho公式以及其他经验或半经验沉降公式。由于目前对各类沉降都需要通过试验绘制沉降曲线的办法进行研究，从所获得相关参数间接求出沉速，无法直接得到沉降过程中污泥形态尺寸及运动信息，在实际运用时试验过程复杂，降低了测试精度，同时也浪费了大量的人力与时间；并且，上述各类沉淀在动水条件下的研究至今尚未形成公认的试验方法，已出现的方法也是基于静水条件下的各类沉降曲线进行修正。

人们在生产过程中，利用获取物件的影像，然后处理物件的影像来获取物件的测量资料，这样可以大大提高测量效率，如中国专利ZL02139916.6，即是通过影像法来测量物件的尺寸，然而，该系统只适用于宏观物体尺寸的测量，无法测量类似污泥这样的细小物体。

发明内容

本发明目的是提供一种湍动条件下低浓度污泥沉降速率的测量方法和装置，通过处理污泥的影像来获得污泥的测量资料，可测量不同水力条件下各类污泥的沉降速率以及形态尺寸，具有精度高、分析快速的优点。

为了实现上述目的，本发明提供的湍动条件下低浓度污泥沉降速率的测量方法包括有下列步骤：(a)影像撷取步骤，获取沉降柱中被测污泥的影像；(b)影像处理步骤，将被测污泥的影像转换成计算机可识别处理的格式，并根据沉降柱的实际尺寸以及该沉降柱的影像尺寸计算测量中所用的换算比例；(c)影像测量步骤，测量影像以获取被测污泥的资料，该影像测量步骤包括：污泥粒径测量步骤，测量污泥影像中污泥的的平均粒径，以根据换算比例计算被测量污泥的实际平均粒径，该污泥粒径测量步骤依次包含下列步骤：二值化处理步骤，对获取的污泥影像进行二值化处理；对象标记步骤，将影像中的各污泥粒子进行对象标记；计算粒径步骤，计算影像中各污泥粒子的粒径，以计算影像中污泥的平均粒径，根据换算比例计算污泥的实际平均粒径；污泥沉降速率测量步骤，选取相邻的两帧污泥影像，根据同一个污泥粒子在两帧影像中的相对位移计算该污泥粒子的沉降速率，以计算出在影像上污泥运动的速率，并由换算比例计算出污泥实际沉降速率，该污泥沉降速率测量步骤依次包含下列步骤：划分搜索区域步骤，获取相邻两帧影像，在第一帧影像中划分子窗口f，以及在第二帧影像中以f为中心划分搜索区域；粒子匹配计算步骤，对在搜索区域中的粒子进行匹配计算，以在第二帧影像中找出在第一帧子窗口f中的污泥粒子；计算粒子的沉降速率步骤，根据分子窗口f中的污泥粒子在两帧影像中的相对位移，计算在影像中粒子的二维速率，由粒子垂向速度的加权平均值换算出实际条件下污泥的沉降速率。

上述影像处理步骤还包含有用于对原始影像进行增强与去噪处理的步骤。

本发明提供的湍动条件下低浓度污泥沉降速率的测量装置包括用于盛装被测污的泥透明容器以及用于获取被测污泥的影像的影像获取设备，所获得的影像经数据线传送至测量计算机，该测量计算机包含：影像撷取模块，用于撷取影像获取设备所获得的污泥影像以及标准尺寸物件的影像；影像处理模块，用于处理污泥的影像以获取测量该污泥所需要的基本资料，该影像处理模块内设置有比例换算子模块，用于根据标准尺寸物件的实际尺寸以及该物件的影像尺寸计算测量中所用的换算比例；影像测量模块，用于根据影像处理模块所获取的资料进行运算，以获取被测污泥的资料，该影像测量模块由污泥粒径测量子模块和污泥沉降速率测量子模块构成，其中，污泥粒径测量子模块用于根据影像处理模块所获取的污泥影像，计算污泥影像的平均粒径，以根据换算比例计算被测量污泥的实际平均粒径，该污泥粒径测量子模块设置有污泥影像二值化处理子模块、对象标记子模块和污泥粒径测量子模块构成，其中，污泥影像二值化处理子模块用于对影像处理模块所获得的污泥影像进行二值化处理，以提取污泥的信息；所述对象标记子模块用于统计污泥影像中污泥粒子的个数；所述污泥粒径测量子模块用于通过计算各个污泥像素的面积，根据换算比例计算污泥的实际平均粒径；所述污泥沉降速率测量子模块用于根据影像处理模块所获取的两帧影像进行运算，计算出在影像上污泥运动的速率，并由换算比例计算出污泥实际沉降速率，该污泥沉降速率测量子模块设置有划分计算区域子模块、搜索子模块和计算子模块构成，所述划分计算区域子模块用于在第一帧影像中划分子窗口f以及在第二帧影像中以f为中心划分搜索区域；所述搜索子模块用于在第二帧影像中找出在第一帧子窗口f中的污泥粒子；所述计算子模块用于根据分子窗口f中的污泥粒子在两帧影像中的相对位移，计算在影像中粒子的二维速率，由粒子垂向速度的加权平均值换算出实际条件下污泥的沉降速率。。

上述影像撷取模块内设置有设置子模块，用于对所述影像获取设备的曝光时间、帧转移时间、分辨率、影像采集方式及存储格式进行设置。

上述影像处理模块还设置有影像增强与去噪子模块，用于对影像获取设备所获得的原始影像进行增强与去噪处理，以提高影像质量，增加信噪比。

上述测量计算机还包含有污泥沉降速率公式计算模块，用于根据所述污泥沉降速率计算子模块所得到的污泥沉降速率，结合水力学参数计算沉降速率公式。

上述测量装置还设置有发光设备，用于产生穿过所述透明容器纵剖面的平面光，该发光设备由激光器和透镜组成，激光器和透镜位于同一水平线上，该激光器和透镜分别经激光器支架和透镜支架安装在底盘上；且在所述影像获取设备获取污泥的影像时，所述影像获取设备的像平面与平面光平行。

上述透明容器为圆柱形，在该透明容器的中心设有搅拌柱，该搅拌柱的中部为空腔，空腔的顶面设有注水孔和排空孔，所述搅拌柱的上端伸出透明容器与调速电机的输出轴相连。

有益效果：

(1)本发明采用的湍动条件下低浓度污泥沉降速率的测量方法和装置不受水力条件和污泥类别的限制、无需绘制与沉降相关的曲线，直接获得污泥物理形态尺寸与沉降速率，因此，测量结果准确可靠；

(2)本发明采用的湍动条件下低浓度污泥沉降速率的测量方法和装置不干扰流场，不破坏污泥原始形态与结构，实时跟踪污泥结构与运动的瞬态变化，测试精度高；

(3)本发明实现了测量过程自动化，无需专门人员守候。

总之，本发明所采用的湍动条件下低浓度污泥沉降速率的测量方法和装置具有测量结果精度高，同时测量快速、使用方便及自动化的优点。

附图说明

图1为本发明测量装置中发光设备101的主视图；

图2为本发明测量装置中透明容器208和搅拌装置的结构示意图；

图3为本发明测量装置中影像获取设备103的结构示意图；

图4为本发明测量装置中测量计算机105的结构示意图；

图5为本发明污泥沉降速率测试系统的软件架构图；

图6为本发明实施中污泥沉降速率测试系统的程序流程图，包含有污泥粒径测量步骤和污泥沉降速率测量步骤；

图7为图6中污泥粒径测量步骤的流程图；

图8为图6中污泥沉降速率测量步骤的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步对本发明加以说明。

如图1、图2、图3及图4所示，为本发明测量装置结构示意图。在本实施例中，测量装置由发光设备101、透明容器208、影像获取设备103及测量计算机105构成，发光设备101用于产生穿过透明容器纵剖面的平面光，由激光器201和圆柱透镜202组成，激光器201和圆柱透镜202位于同一水平线上，该激光器201和圆柱透镜202分别经激光器支架203和透镜支架204安装在底盘205上，激光器支架203和透镜支架204上均安装有“燕尾槽”调节机构，用于实现激光器201和透镜202三维平动，激光器201上设有滚轴以实现激光器201的360度转动，并靠螺旋进行光路微调；透明容器208用于盛装被测污泥，该透明容器208采用符合国际标准测定方法要求的沉降柱，在该沉降柱208的中心设有搅拌柱207，该搅拌柱207的中部为空腔，空腔的顶面设有注水孔和排空孔，测试时，带污泥装入沉降柱内后，通过注水孔向沉降柱内注水直到搅拌柱207刚好悬浮在污泥中，这样，可以确保搅拌柱207始终自如而又稳定的转动，所述搅拌柱207的上端伸出沉降柱208与调速电机206的输出轴相连，调速电机206为数字式智能化调速电机，能够定时定速转动；影像获取设备103为高速摄像机中科院大恒UC3000，用于获取被测污泥的影像通过数据线传输至测量计算机105。

如图5所示，为本发明污泥沉降速率测试系统的软件架构图。在本实施例中，由植于测量计算机105内的影像撷取模块300、影像处理模块302、影像测量模块305及污泥沉降速率公式计算子模块314构成。影像撷取模块301，用于撷取影像获取设备所获得的污泥影像以及标准尺寸物件的影像，包括设置子模块301，用于对影像获取设备的曝光时间、帧转移时间、分辨率、影像采集方式及存储格式进行设置。本发明中采用沉降柱作为标准尺寸物件，沉降柱的的实际尺寸与沉降柱的影像尺寸的比值即为测量中所用换算比例。

影像处理模块302用于处理污泥的影像以获取测量该污泥所需要的基本资料，其包括有比例换算子模块306和影像增强与去噪子模块304。比例换算子模块306用于根据标准尺寸物件的实际尺寸以及该物件的影像尺寸计算测量中所用的换算比例；影像增强与去噪子模块304用于对影像获取设备所获得的原始影像进行增强与去噪处理，以提高影像质量，增加信噪比。

影像测量模块305，用于根据影像处理模块所获取的资料进行运算，以获取被测污泥的资料，包含有污泥粒径测量子模块306和污泥沉降速率测量子模块310，其中，污泥粒径测量子模块306用于根据影像处理模块所获取的污泥影像，计算污泥影像的平均粒径，以根据换算比例计算被测量污泥的实际平均粒径，其又由污泥影像二值化处理子模块307、对象标记子模块308和污泥粒径测量子模块309构成，污泥影像二值化处理子模块307用于对影像处理模块所获得的污泥影像进行二值化处理以提取污泥的信息；对象标记子模块308用于统计污泥影像中污泥粒子的个数；污泥粒径测量子模块用于通过计算各个污泥像素的面积，根据换算比例计算污泥的实际直径。污泥沉降速率测量子模块310用于根据处理模块所获取的两帧影像进行运算，计算出在影像上污泥运动的速率，并由换算比例计算出实际污泥沉降速率，其由划分计算区域子模块311、搜索子模块312和计算子模块313构成，划分计算区域子模块311，用于在第一帧影像中划分子窗口f以及在第二帧影像中以f为中心划分搜索区域；搜索子模块312用于在第二帧影像中找出在第一帧子窗口f中的污泥粒子；计算子模块313用于根据分子窗口f中的污泥粒子在两帧影像中的相对位移，计算在影像中粒子的二维速率，由粒子垂向速度的加权平均值换算出实际条件下污泥的沉降速率。

污泥沉降速率公式计算子模块314，用于根据所述污泥沉降速率计算子模块所得到的污泥沉降速率与水力学参数计算沉降速率公式，水力学参数由输入驱动电机的转数自动生成。

如图6、图7及图8所示，为本发明湍动条件下低浓度污泥沉降速率的测量方法的流程图，首先，在步骤401中，由工作人员通过设置子模块301设定影像获取设备的曝光时间、帧转移时间、分辨率、影像采集方式及存储格式，系统将按照设置的条件自动完成图像的采集与保存。在步骤402中，由影像获取设备同时获取被测污泥和沉淀柱的影像。在步骤403中，影像处理模块302对所获得的影像进行处理，经过处理，提高影像质量，增加信噪比，且获得影像测量所需的换算比例。在步骤404中，由用户输入污泥类型，低浓度絮凝状污泥或固态颗粒状污泥，在步骤405中，由污泥粒径测量子模块306测量污泥的粒径，如图7所示，该步骤中由二值化处理步骤501、对象标记步骤502、计算粒径步骤503及输出粒径的级配步骤504组成，二值化处理步骤501用于对污泥影像进行二值化处理，二值化处理步骤501具体步骤为：首先计算所得影像的灰度直方图，统计出不同灰度所对应的像素个数，再计算以像素个数为权值的加权平均灰度g1，然后以g1为界，计算[0，g1]和[g1，255]范围内的加权平均灰度g2和g3，再取(g2+g3)/2为最终阈值，最后将灰度值大于该阈值的像素作为前景像素，小于该阈值的像素作为背景像素，并进行二值化处理；对象标记步骤502用于将影像中各污泥粒子进行对象标记，具体为采用4连通方式标记粒子，按照数学形态学的连通性，将每一个连通的像素区域做上标记，一个连通区域记为一个对象，对每个对象依次进行记录，返回值为经过标记后的标记矩阵及其元素中的最大值；计算粒径步骤503用于计算影像中各污泥粒子的粒径，以计算影像中污泥的平均粒径，根据换算比例计算污泥的实际平均粒径的步骤，具体为采用面积提取法得出影像中值为1的像素总个数，作为粒子面积s，将粒子看作圆形，采用公式 $d_i^0=\sqrt{\frac{4s}{\mathrm{\π}}}$ (d_i ⁰-粒子直径；s-粒子面积)计算出当量直径(以像素为单位)，然后根据换算比例，计算出粒子的实际直径d_i，统计出粒径的级配，并由公式 $\stackrel{\‾}{d}={\left(\frac{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{d}_i^3{N}_i}{\underset{i}{\mathrm{\Σ}}{N}_i}\right)}^{\frac{1}{3}}$ (d-颗粒的平均粒径；d_i-单个颗粒的直径；N_i-粒径为d_i的颗粒所占的百分比)计算平均粒径；输出粒径的级配步骤504用于统计出粒径的级配并显示在计算机上。

在步骤408中，由沉降速率测量子模块310计算出污泥的沉降速率，如图8所示，该步骤由划分搜索区域的步骤601、粒子匹配计算的步骤602、计算粒子的沉降速率步骤603、误矢量的剔出和插值的步骤604及显示和输出的步骤605组成，划分搜索区域的步骤601用于获取相邻两帧影像，在第一帧影像中划分子窗口f以及在第二帧影像中以f为中心划分搜索区域，采用公式： $C=\frac{\underset{l=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{f}_{\mathrm{lk}}\·g_{\mathrm{lk}}}{\sqrt{\underset{l=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{f}_{\mathrm{lk}}^2\·\underset{l=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}}\underset{k=1}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}{g}_{\mathrm{lk}}^2},$ 计算标准化相关系数；粒子匹配计算的步骤602用于在第二帧影像中找出在第一帧子窗口f中的污泥粒子，具体步骤为：设粒子在相邻两帧图像上的最大移动距离为L个像素大小，则进行粒子匹配时，以参考窗口中心坐标为中心和2L为边长的矩形区域形成搜索区域，L由下式确定：

L＝L^*+ε

其中，L^*为前一次提取的位移分布中的最大位移量，ε是一个小量，一般取值为±3个像素，然后根据标准化相关系数计算第二帧粒子匹配的位置，进一步求得粒子的二维的流速；计算粒子的沉降速率步骤603用于根据分子窗口f中的污泥粒子在两帧影像中的相对位移，计算在影像中粒子的二维速率，由粒子垂向速度的加权平均值换算出实际条件下污泥的沉降速率；误矢量的剔出和插值的步骤604用于删除误矢量和插值，以提高速率的精确度；显示和输出的步骤605用于输出速度矢量图。在步骤410中，由用户输入驱动电机的转数，在步骤411中，系统自动生成被测条件下的水力学参数(速度、湍动能、湍动耗散率等)，在步骤412中，污泥沉降速率公式计算子模块314根据污泥沉降速率计算子模块所得到的污泥沉降速率与水力学参数计算沉降速率公式。

下面具体阐述利用本装置测定污泥沉降速率的步骤：

1.样品处理。

如果是离散颗粒状污泥，则直接可以装入沉降柱进行测量，如果是低浓度絮凝状污泥，为了使获取的影像清晰，可以先将低浓度絮凝状污泥染色后测量。

2.安装装置。

安装发光设备101、沉降柱208、影像获取设备103及测量计算机105，根据研究需要安装并决定是否启动搅拌装置，若是静水沉降实验，使用时关闭调速电机206，若是动水沉降实验，使用时开启调速电机206，使搅拌器207按设定转数在沉降柱内能够自由转动。

3.测量。

(1)开启激光器，调节平面光产生系统，使平面光穿过沉降柱最大纵剖面；架设摄像机，使其像平面与平面光平行。

(2)开启摄像机和计算机，在软件控制平台上，获得清晰的图像。

(3)点击“拍摄”目录下的“设置”选项，对摄像机的曝光时间、帧转移时间、分辨率、图像采集方式及存储格式进行设置；点击该目录下的“拍摄”，系统将按照设置的条件自动完成图像的采集与保存。

(4)读取采集到的原始图片，点击“图像处理”程序，对原始图像进行去噪和增强，点击“标定”，采集“标定”图像，系统得出换算比例。

(5)点击“粒径分析”程序，计算处不同时刻絮凝状污泥的粒径级配和平均粒径。

(6)点击“沉降速率”程序，计算在图像上污泥运动的速率，并由标定图像得出系统的放大系数，换算出实际污泥沉降速率。

(7)点击“水力条件”程序，在弹出的对话框中设置搅拌器的驱动电机转数，点击对话框下方的“计算”，系统计算输出并保存对应沉速下的水力学参数(速度、湍动能、湍动耗散率等)，改变紊动触发器中搅拌器的转数，重复步骤(2)～(4)，系统对所保存的沉速与水力学参数分析与计算，求解相应参数，输出沉降速率公式，如表1所示为采用与水处理系统中污泥密度接近的聚苯乙烯粒子替代污泥进行试验时，不同搅拌转数下的测试结果：

表1在不同搅拌转数下的测试结果

由污泥沉降速率公式计算子模块314计算并输出动水条件下沉降速率公式：

v_zs＝f(I，d)c(ρ_P)^mexp(-nX_P)

其中f(I，d)为粒径效应及湍动影响的修正因子，ρ_P为污泥密度，单位(Kg/L)，c和m为沉降参数。

Claims (8)

1.一种湍动条件下低浓度污泥沉降速率的测量方法，包括：

(a)影像撷取步骤，获取沉降柱中被测污泥的影像；

(b)影像处理步骤，将被测污泥的影像转换成计算机可识别处理的格式，并根据沉降柱的实际尺寸以及该沉降柱的影像尺寸计算测量中所用的换算比例；

(c)影像测量步骤，测量影像以获取被测污泥的资料；

其特征在于所述影像测量步骤包括：

污泥粒径测量步骤(405)，测量污泥影像中污泥的的平均粒径，以根据换算比例计算被测量污泥的实际平均粒径，该污泥粒径测量步骤依次包含下列步骤：

二值化处理步骤(501)，对获取的污泥影像进行二值化处理；

对象标记步骤(502)，将影像中的各污泥粒子进行对象标记；

计算粒径步骤(503)，计算影像中各污泥粒子的粒径，以计算影像中污泥的平均粒径，根据换算比例计算污泥的实际平均粒径；

污泥沉降速率测量步骤(408)，选取相邻的两帧污泥影像，根据同一个污泥粒子在两帧影像中的相对位移计算该污泥粒子的沉降速率，以计算出在影像上污泥运动的速率，并由换算比例计算出污泥实际沉降速率，该污泥沉降速率测量步骤依次包含下列步骤：

划分搜索区域步骤(601)，获取相邻两帧影像，在第一帧影像中划分子窗口f，以及在第二帧影像中以f为中心划分搜索区域；

粒子匹配计算步骤(602)，对在搜索区域中的粒子进行匹配计算，以在第二帧影像中找出在第一帧子窗口f中的污泥粒子；

计算粒子的沉降速率步骤(603)，根据分子窗口f中的污泥粒子在两帧影像中的相对位移，计算在影像中粒子的二维速率，由粒子垂向速度的加权平均值换算出实际条件下污泥的沉降速率。

2.根据权利要求1所述的湍动条件下低浓度污泥沉降速率的测量方法，其特征在于所述影像处理步骤(403)还包含有用于对原始影像进行增强与去噪处理的步骤。

3.一种湍动条件下低浓度污泥沉降速率的测量装置，包括：

透明容器(208)，用于盛装被测污泥；

影像获取设备(103)，用于获取被测污泥和标准尺寸物件的影像；

测量计算机(105)，通过数据线与影像获取设备(103)连接，用于执行程序以分析处理被测污泥的影像，从而获取污泥的测量资料，该测量计算机(105)包含：

影像撷取模块(300)，用于撷取影像获取设备(103)所获得的污泥影像以及标准尺寸物件的影像；

影像处理模块(302)，用于处理污泥的影像以获取测量该污泥所需要的基本资料，该影像处理模块(302)内设置有比例换算子模块(303)，用于根据标准尺寸物件的实际尺寸以及该物件的影像尺寸计算测量中所用的换算比例；

影像测量模块(305)，用于根据影像处理模块(302)所获取的资料进行运算，以获取被测污泥的资料；

其特征在于：

所述影像测量模块(305)包含：

污泥粒径测量子模块(306)，用于根据影像处理模块(302)所获取的污泥影像，计算污泥影像的平均粒径，以根据换算比例计算被测量污泥的实际平均粒径，该污泥粒径测量子模块(306)设置有污泥影像二值化处理子模块(307)、对象标记子模块(308)和污泥粒径测量子模块(309)构成，其中，污泥影像二值化处理子模块(307)用于对影像处理模块所获得的污泥影像进行二值化处理，以提取污泥的信息；所述对象标记子模块(308)用于统计污泥影像中污泥粒子的个数；所述污泥粒径测量子模块(309)用于通过计算各个污泥像素的面积，根据换算比例计算污泥的实际平均粒径；

污泥沉降速率测量子模块(310)，用于根据影像处理模块(302)所获取的两帧影像进行运算，计算出在影像上污泥运动的速率，并由换算比例计算出污泥实际沉降速率，该污泥沉降速率测量子模块(310)设置有划分计算区域子模块(311)、搜索子模块(312)和计算子模块(313)构成，所述划分计算区域子模块(311)用于在第一帧影像中划分子窗口f以及在第二帧影像中以f为中心划分搜索区域；所述搜索子模块(312)用于在第二帧影像中找出在第一帧子窗口f中的污泥粒子；所述计算子模块(313)用于根据分子窗口f中的污泥粒子在两帧影像中的相对位移，计算在影像中粒子的二维速率，由粒子垂向速度的加权平均值换算出实际条件下污泥的沉降速率。

4.根据权利要求3所述的湍动条件下低浓度污泥沉降速率的测量装置，其特征在于：所述影像撷取模块(300)内设置有设置子模块(301)，用于对所述影像获取设备(103)的曝光时间、帧转移时间、分辨率、影像采集方式及存储格式进行设置。

5.根据权利要求3所述的湍动条件下低浓度污泥沉降速率的测量装置，其特征在于：所述影像处理模块(302)还设置有影像增强与去噪子模块(304)，用于对影像获取设备(103)所获得的原始影像进行增强与去噪处理，以提高影像质量，增加信噪比。

6.根据权利要求3所述的湍动条件下低浓度污泥沉降速率的测量装置，其特征在于：所述测量计算机(105)还包含有污泥沉降速率公式计算模块(314)，用于根据所述污泥沉降速率计算子模块(310)所得到的污泥沉降速率，结合水力学参数计算沉降速率公式。

7.根据权利要求3所述的湍动条件下低浓度污泥沉降速率的测量装置，其特征在于：所述测量装置还设置有发光设备(101)，用于产生穿过所述透明容器(208)纵剖面的平面光，该发光设备(101)由激光器(201)和透镜(202)组成，激光器(201)和透镜(202)位于同一水平线上，该激光器(201)和透镜(202)分别经激光器支架(203)和透镜支架(204)安装在底盘(205)上；且在所述影像获取设备(103)获取污泥的影像时，所述影像获取设备(103)的像平面与平面光平行。

8.根据权利要求3或7所述的湍动条件下低浓度污泥沉降速率的测量装置，其特征在于：所述透明容器(208)为圆柱形，在该透明容器(208)的中心设有搅拌柱(207)，该搅拌柱(207)的中部为空腔，空腔的顶面设有注水孔和排空孔，所述搅拌柱(207)的上端伸出透明容器(208)与调速电机(206)的输出轴相连。

Images