CN109883905A - 水下粒径在线测量系统及方法 - Google Patents

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CN109883905A CN201910172422.XA CN201910172422A CN109883905A CN 109883905 A CN109883905 A CN 109883905A CN 201910172422 A CN201910172422 A CN 201910172422A CN 109883905 A CN109883905 A CN 109883905A
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房红兵
陈金旭
高恩浩
沙云容
张鹏
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Abstract

本发明提出了水下粒径在线测量系统及方法，所述系统包括光源照射模块、摄像机拍摄模块以及图像处理模块；所述光源照射模块包括激光器以及光纤，光纤一端与激光器连接，另一端置于水中且水平设置；所述摄像机拍摄模块用于采集水下微小颗粒图像；所述图像处理模块用于根据采集的微小颗粒图像计算出微小颗粒直径；其中，所述摄像机拍摄模块包括摄像机、方形铝管和直角反射镜，所述方形铝管的一端设置直角反射镜，并将该端置入水下且直角反射镜正对光纤另一端端口，所述摄像机镜头正对方形铝管的另一端。本发明结构简单，操作方便。

Description

水下粒径在线测量系统及方法
技术领域
本发明属于计量检测技术领域，特别是一种水下粒径在线测量系统及方法。
背景技术
目前使用的粒径测量仪器有激光粒度仪、粒子图像测速仪、相位多普勒粒子分析仪等，这些仪器属于精密设备，对测试环境要求较高，不适用于现场的测试，限制了在相关研究的使用。随着单反相机制造技术的进步和制造成本的降低，以及其便捷性，摄影法越来越多地应用到粒径测量。
摄影法需要对拍摄的照片进行处理分析，现有研究采用C语言或matlab软件自行编程处理，程序的效率和效果难以评价，而且封闭性高，不利于研究成果的传播。
发明内容
本发明的目的在于提出了水下粒径在线测量系统。
实现本发明的技术解决方案为：水下粒径在线测量系统，包括光源照射模块、摄像机拍摄模块以及图像处理模块；所述光源照射模块包括激光器以及光纤，光纤一端与激光器连接，另一端置于水中且水平设置；所述摄像机拍摄模块用于采集水下微小颗粒图像；所述图像处理模块用于根据采集的微小颗粒图像计算出微小颗粒直径；其中，所述摄像机拍摄模块包括摄像机、方形铝管和直角反射镜，所述方形铝管的一端设置直角反射镜，并将该端置入水下且直角反射镜正对光纤另一端端口，所述摄像机镜头正对方形铝管的另一端。
优选地，图像处理模块根据采集的微小颗粒图像计算出微小颗粒直径的具体步骤为：
对获取的待检测图像进行平滑去噪处理得到预处理后图像；
将预处理后的彩色图转换成灰度图；
根据预处理后图像中的亮度梯度在灰度中跟踪边缘，并对边缘进行筛选、二值化得到预处理后图像的边缘二值图像，所述边缘二值图像中包含各待检测物体的边缘信息；
将所述各待检测物体的边缘信息存储于链表中，同一个待检测物体的边缘点位置信息位于同一组链表中；
对于任意一组目标链表，随机选取初始点，获取距离初始点最远的目标点，将初始点与目标点连线的中间点作为目标链表对应的待检测物体的准圆心点；
根据目标链表中的每个点到准圆心点的距离Si求取目标链表对应的待检测物体的方差，若方差小于预设阈值，则确定目标链表对应的待检测物体为圆形或类圆形，将每个点到准圆心点的距离的平均值的两倍作为微小颗粒直径；否则，将最大的距离值的两倍作为微小颗粒直径。
本发明还公开了一种水下粒径在线测量方法，将激光器与光纤的一端连接，光纤的另一端置入水底且平行设置；
将方形铝管设置有直角反射镜的一端伸入水下，直角反射镜正对光纤另一端端口，摄像机镜头正对方形铝管的另一端拍摄小颗粒图像；
根据采集的微小颗粒图像计算出微小颗粒直径。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：本发明结构简单，操作方便。本发明在计算颗粒直径时采用自相关算法，对图像信息进行预处理后，通过寻找中心点的方法快速计算颗粒直径，处理速度快、小型化、功耗低。
下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。
附图说明
图1是水下粒径在线测量系统示意图。
具体实施方式
水下粒径在线测量系统，包括光源照射模块、摄像机1拍摄模块以及图像处理模块；所述光源照射模块包括激光器5以及光纤6，光纤6一端与激光器5连接，另一端置于水中且水平设置；所述摄像机1拍摄模块用于采集水下微小颗粒7图像；所述图像处理模块用于根据采集的微小颗粒7图像计算出微小颗粒7直径；其中，所述摄像机1拍摄模块包括摄像机1、方形铝管2和直角反射镜4，所述方形铝管2的一端设置直角反射镜4，并将该端置入水下且直角反射镜4正对光纤6另一端端口，所述摄像机1镜头正对方形铝管2的另一端。
进一步的实施例中，图像处理模块根据采集的微小颗粒7图像计算出微小颗粒7直径的具体步骤为：
对获取的待检测图像进行平滑去噪处理得到预处理后图像；
将预处理后的彩色图转换成灰度图；
根据预处理后图像中的亮度梯度在灰度中跟踪边缘，并对边缘进行筛选、二值化得到预处理后图像的边缘二值图像，所述边缘二值图像中包含各待检测物体的边缘信息；
将所述各待检测物体的边缘信息存储于链表中，同一个待检测物体的边缘点位置信息位于同一组链表中；
对于任意一组目标链表，随机选取初始点，获取距离初始点最远的目标点，将初始点与目标点连线的中间点作为目标链表对应的待检测物体的准圆心点；
根据目标链表中的每个点到准圆心点的距离Si求取目标链表对应的待检测物体的方差，若方差小于预设阈值，则确定目标链表对应的待检测物体为圆形或类圆形，将每个点到准圆心点的距离的平均值的两倍作为微小颗粒7直径；否则，将最大的距离值的两倍作为微小颗粒7直径。
水下粒径在线测量方法，具体步骤为：
将激光器5与光纤6的一端连接，光纤6的另一端置入水底且平行设置；
将方形铝管2设置有直角反射镜4的一端伸入水下，直角反射镜4正对光纤6另一端端口，摄像机1镜头正对方形铝管2的另一端拍摄小颗粒7图像；
根据采集的微小颗粒7图像计算出微小颗粒7直径。
实施例
水下粒径在线测量方法，所使用的硬件设备包括：激光器5、光纤6、摄像机1、ARM开发板、方形铝管2和直角反射镜4。
将激光器5与光纤6的一端连接，光纤6的另一端置入水底且平行设置；
将方形铝管2设置有直角反射镜4的一端伸入水下，直角反射镜4正对光纤6另一端端口，摄像机1镜头正对方形铝管2的另一端拍摄微小颗粒7图像；
将水下微粒的图像数据传送到ARM上，再通过opencv等视觉库的相关算法进行处理，具体为：
本发明采用的基于自相关算法的图像处理技术的处理过程简单，只需将彩色颗粒7图像转换成灰度颗粒7图像，然后通过自相关算法就可以得到颗粒7直径，大大的提高了对颗粒7直径的测量速度，具有处理速度快、小型化、功耗低等优点。
自相关算法就是通过自相关理论分析出泥沙等微小颗粒7图像像素点灰度值之间的空间自相关系数，然后算出颗粒7的直经，具体步骤如下：
对获取的待检测图像进行平滑去噪处理得到预处理后图像；
将预处理后的彩色图转换成灰度图；
根据预处理后图像中的亮度梯度在灰度中跟踪边缘，并对边缘进行筛选、二值化得到预处理后图像的边缘二值图像，所述边缘二值图像中包含各待检测物体的边缘信息；
将所述各待检测物体的边缘信息存储于链表中，同一个待检测物体的边缘点位置信息位于同一组链表中；
对于任意一组目标链表，随机选取初始点，获取距离初始点最远的目标点，将初始点与目标点连线的中间点作为目标链表对应的待检测物体的准圆心点；
根据目标链表中的每个点到准圆心点的距离Si求取目标链表对应的待检测物体的方差，若方差小于预设阈值，则确定目标链表对应的待检测物体为圆形或类圆形，将每个点到准圆心点的距离的平均值的两倍作为微小颗粒7直径；否则，将最大的距离值的两倍作为微小颗粒7直径。

Claims (4)

1.水下粒径在线测量系统，其特征在于，包括光源照射模块、摄像机拍摄模块以及图像处理模块；所述光源照射模块包括激光器以及光纤，光纤一端与激光器连接，另一端置于水中且水平设置；所述摄像机拍摄模块用于采集水下微小颗粒图像；所述图像处理模块用于根据采集的微小颗粒图像计算出微小颗粒直径；其中，所述摄像机拍摄模块包括摄像机、方形铝管和直角反射镜，所述方形铝管的一端设置直角反射镜，并将该端置入水下且直角反射镜正对光纤另一端端口，所述摄像机镜头正对方形铝管的另一端。
2.根据权利要求1所述的水下粒径在线测量系统，其特征在于，图像处理模块根据采集的微小颗粒图像计算出微小颗粒直径的具体步骤为：
对获取的待检测图像进行平滑去噪处理得到预处理后图像；
将预处理后的彩色图转换成灰度图；
根据预处理后图像中的亮度梯度在灰度中跟踪边缘，并对边缘进行筛选、二值化得到预处理后图像的边缘二值图像，所述边缘二值图像中包含各待检测物体的边缘信息；
将所述各待检测物体的边缘信息存储于链表中，同一个待检测物体的边缘点位置信息位于同一组链表中；
对于任意一组目标链表，随机选取初始点，获取距离初始点最远的目标点，将初始点与目标点连线的中间点作为目标链表对应的待检测物体的准圆心点；
根据目标链表中的每个点到准圆心点的距离Si求取目标链表对应的待检测物体的方差，若方差小于预设阈值，则确定目标链表对应的待检测物体为圆形或类圆形，将每个点到准圆心点的距离的平均值的两倍作为微小颗粒直径；否则，将最大的距离值的两倍作为微小颗粒直径。
3.基于权利要求1所述的水下粒径在线测量系统的测量方法，其特征在于，具体步骤为：
将激光器与光纤的一端连接，光纤的另一端置入水底且平行设置；
将方形铝管设置有直角反射镜的一端伸入水下，直角反射镜正对光纤另一端端口，摄像机镜头正对方形铝管的另一端拍摄小颗粒图像；
根据采集的微小颗粒图像计算出微小颗粒直径。
4.根据权利要求3所述的水下粒径在线测量方法，其特征在于，根据采集的微小颗粒图像计算出微小颗粒直径的具体步骤为：
对获取的待检测图像进行平滑去噪处理得到预处理后图像；
将预处理后的彩色图转换成灰度图；
根据预处理后图像中的亮度梯度在灰度中跟踪边缘，并对边缘进行筛选、二值化得到预处理后图像的边缘二值图像，所述边缘二值图像中包含各待检测物体的边缘信息；
将所述各待检测物体的边缘信息存储于链表中，同一个待检测物体的边缘点位置信息位于同一组链表中；
对于任意一组目标链表，随机选取初始点，获取距离初始点最远的目标点，将初始点与目标点连线的中间点作为目标链表对应的待检测物体的准圆心点；
根据目标链表中的每个点到准圆心点的距离Si求取目标链表对应的待检测物体的方差，若方差小于预设阈值，则确定目标链表对应的待检测物体为圆形或类圆形，将每个点到准圆心点的距离的平均值的两倍作为微小颗粒直径；否则，将最大的距离值的两倍作为微小颗粒直径。
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