CN115046966B - 一种环境污水可循环利用程度检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环境污水可循环利用程度检测方法，涉及图像处理技术领域，包括：获取第一图像的第一灰度图像；获取第二图像的第二灰度图像；获取第一灰度图像中悬浮物像素点；获取单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量；获取第一灰度图像中除悬浮物像素点外的第一非悬浮物像素点，获取单位体积的标准水样内悬浮物像素点含量和第二非悬浮物像素点；根据单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量、单位体积的标准水样内悬浮物像素点含量、第一非悬浮物像素点灰度值的平均值和第二非悬浮物像素点灰度值的平均值获取环境污水的透光度；本发明解决了相关技术中，在对环境污水检测时检测成本高和检测效率低下的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种环境污水可循环利用程度检测方法。
背景技术
我国北方严重缺水，水体生态基流缺乏；南方水质型缺水问题突出，水体污染严重。补水是水环境治理的关键措施之一，但北方和南方都普遍缺少清洁可用的补水水源，水环境水质指标检测对于水体环境质量评估、生态安全与人类健康保障具有重要意义。
城镇环境污水具有就地可取、水量稳定和水质可控的特点，城镇环境污水已成为公认的城市第二水源。城镇环境污水包括雨水和生活用水，与工业废水不同的是，城镇环境污水几乎不包含重金属及化学物质。城镇环境污水检测一直是环境检测工作中的一项核心任务，在不投放絮凝剂的情况下，目前只能通过污水的透光度来评估环境污水的污染程度。
现有技术中测量水样透光度的方法有分光光度发法、散射浊度仪检测法和散射-透射式浊度仪检测法，对于分光光度发法，在检测时受主观影响大，而且自动化实现较差；散射浊度仪在国际上检测水质浑浊度领域应用最多，但是散射浊度仪检测时检测结果受水质色度的干扰较大，当水质存在颜色时检测误差较大；散射-透射式浊度仪相对于分光光度发法和散射浊度仪检测法在检测的准确性上具有较大优势；散射-透射式浊度仪的原理为用一束红光激光穿过含有待测样品的样品池，光源为高发射强度红外LED，一个检测器接收散射光光量，另一个检测器接收直透光光量，再同时进入比较电路，经电路处理将比较数值转换成浊度值；但由于散射-透射式浊度仪价格昂贵，难于在国内推广使用；而且，环境污水具有排放量大和连续排放的特点，当对环境污水进行放量检测时需要在特定的时间内进行多次平行采样分析，散射-透射式浊度仪检测耗时时间较长，使得散射-透射式浊度仪检测检测效率低下，无法满足环境污水的实际检测要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种环境污水可循环利用程度检测方法，以解决相关技术中，在对环境污水检测时检测成本高和检测效率低下的技术问题，有鉴于此，本发明通过以下技术方案予以实现。
一种环境污水可循环利用程度检测方法，包括以下步骤：
获取待检测的环境污水，并将该环境污水置于透明检测容器中，获取盛有环境污水的透明检测容器的顶部第一俯视图；获取标准水样，并将该标准水样置于透明检测容器中，获取盛有标准水样的透明检测容器的顶部第二俯视图；
获取所述第一俯视图的第一灰度图像和所述第二俯视图的第二灰度图像；
获取所述第一灰度图像中每个像素点的多个灰度值递减方向；并将多个灰度值递减方向中含有像素点最多的灰度值递减方向作为该像素点的目标方向；
对所述第一灰度图像中每个像素点的目标方向进行聚簇获取所述第一灰度图像中悬浮物像素点；利用透明检测容器中环境污水的体积和第一灰度图像中悬浮物像素点的数量获取单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量；
获取第一灰度图像中除悬浮物像素点外的第一非悬浮物像素点，按照由第一灰度图获取单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量和第一非悬浮物像素点的步骤，根据所述第二灰度图像获取单位体积的标准水样内悬浮物像素点含量和第二图像中除悬浮像素点外的第二非悬浮物像素点；
根据所述单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量、单位体积的标准水样内悬浮物像素点含量、第一非悬浮物像素点灰度值的平均值和第二非悬浮物像素点灰度值的平均值获取所述环境污水的透光度；根据所述透光度判断所述环境污水的污染程度。
优选地，获取所述第一俯视图的第一灰度图像的过程中还包括将所述第一灰度图像分割成边缘区域和平底区域，并获取所述边缘区域中的悬浮物像素点和平底区域中的悬浮物像素点。
更优选地，获取单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量的过程中还包括设定边缘区域的第一权重值和平底区域的第二权重值，并根据所述第一权重值、第二权重值和透明检测容器中环境污水的体积，以及边缘区域中悬浮物像素点数量和平底区域中悬浮物像素点数量获取单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量。
更优选地，所述单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量通过下式确定：
式中，
为单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量；
为环境污水的体积；
为边缘区域中悬浮物像素点数量；
为平底区域中悬浮物像素点数量；
为边缘区域和平底区域中像素点数量之和；
为第一权重值；
为第二权重值。
更优选地，所述第一权重值大于第二权重值，所述第一权重值为0.7；所述第二权重值为0.3。
更优选地，所述环境污水的透光度通过下式确定：
式中，
为环境污水的透光度；
为单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量；
为单位体积的标准水样内悬浮物像素点含量；
为第一非悬浮物像素点灰度值的平均值；
为第二非悬浮物像素点灰度值的平均值。
更优选地，根据所述透光度判断所述环境污水的污染程度的过程中还包括设定透光度阈值，根据所述透光度阈值判断所述环境污水的可循环利用程度。
更优选地，获取第一俯视图和第二俯视图的过程中还包括在所述透明检测容器的底部增加一个辅助光源。
更优选地，所述辅助光源为功率为5W的LED灯光源。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供了一种环境污水可循环利用程度检测方法，该方法通过获取待检测的环境污水，并将该环境污水置于透明检测容器中，获取该盛有环境污水的透明检测容器的顶部第一俯视图；获取标准水样，并将该标准水样置于透明检测容器中，获取该盛有标准水样的透明检测容器的顶部第二俯视图；获取第一俯视图的第一灰度图像和第二俯视图的第二灰度图像；根据第一灰度图像中像素点灰度值的不同将灰第一度图像分割为边缘区域和平底区域；本发明中，由于透明检测容器底部不同区域对光的折射能力不同，在获取环境污水单位体积内悬浮物像素点数量时可对边缘区域和平底区域设定不同的权重值，以提高对环境污水的透光度检测的准确性。
本发明的方法还包括通过获取第一灰度图像中每个像素点的多个灰度值递减方向；并将多个灰度值递减方向中含有像素点最多的灰度值递减方向作为该像素点的目标方向；对第一灰度图像中每个像素点的目标方向进行聚簇获取第一灰度图像中悬浮物像素点；利用透明检测容器中环境污水的体积和第一灰度图像中悬浮物像素点的数量获取单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量；获取第一灰度图像中除悬浮物像素点外的第一非悬浮物像素点，并根据第二灰度图像获取单位体积的标准水样内悬浮物像素点含量和第二度图像中除悬浮物像素点外的第二非悬浮物像素点；根据单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量、单位体积的标准水样内悬浮物像素点含量、第一非悬浮物像素点灰度值的平均值和第二非悬浮物像素点灰度值的平均值获取环境污水的透光度；根据透光度判断环境污水的污染程度；本发明中，根据环境污水的透光度可直接得到环境污水的浑浊程度，根据浑浊程度可确定环境污水的污染程度；相对于现有技术，本发明的技术方案具有使用方便和检测效率高的特点；通过本发明的技术方案，可解决相关技术中，在对环境污水检测时检测成本高和检测效率低下的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的环境污水可循环利用程度检测方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的检测装置的示意图；
图3为本发明实施例提供的对第一灰度图像分割后的示意图；
在图2中：1、采集相机；2、透明检测容器；3、玻璃支架；4辅助光源；5、实验平台。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
本实施例提供了一种环境污水可循环利用程度检测方法，如图1所示，检测方法包括：
S101，本实施例使用特定的检测装置以实现对环境污水的检测，如图2所示，检测装置包括实验平台采集相机1、透明检测容器2、玻璃支架3、辅助光源4和实验平台5；
获取待检测的环境污水，并将该环境污水置于透明检测容器中，获取盛有环境污水的透明检测容器的顶部第一俯视图；获取标准水样，并将该标准水样置于透明检测容器中，获取盛有标准水样的透明检测容器的顶部第二俯视图；
本实施例中，辅助光源4为功率为5W的LED灯光源；透明检测容器为透明烧杯；
需要说明的是，要得到有代表性的环境污水数据，就需要根据污水的产生、处理和排放情况对环境污水进行水行采样，一般分为瞬时采样和混合采样，即环境污水从出水口刚排出时采集和环境污水排入污水池后进行采集；需要考察特定时间段内环境污水的变化规律的情况，一般需要采集瞬时水样，另外就是环境污水长期稳定排放，环境污水中污染物浓度变化不大的情况下，也可以采集瞬时水样，此时的瞬时水样可以代表这一个稳定时段内水质的状况；对于需要计算一段时间内的环境污水的平均浓度，或对环境污水控制标准有明确要求的，一般采集混合水样；再者要选择正确的采样频次；一般参照的依据包括排污许可、污染物排放标准、环境影响评价文件、审批意见、环境管理规定和自行检测方案等；对于没有明文规定的，一般根据污水的排放规律和生产持续时间来定；
对第一俯视图进行灰度处理获取第一灰度图像，第一灰度图像中像素点的灰度值通过下式确定：
式中，
为第一俯视图中坐标为
的像素点经灰度处理后的灰度值，即第一俯视图中坐标为
的像素点的灰度值；
为第一俯视图中坐标为
的像素点在R通道的像素值；
为第一俯视图中坐标为
的像素点在G通道的像素值；
为第一俯视图中坐标为
的像素点在B通道的像素值；
对第二俯视图进行灰度处理获取第二灰度图像；
本实施例中，因为城镇污水不同于工业废水，尽管污浊，但不含有重金属，城镇污水水体中多为泥沙、有机物等，因此水质偏绿色，在本实施例中色彩信息相对用处不大，进行灰度化后可以减少多余色彩信息的干扰，还能降低算法的复杂性，提高运算速度，因此，本实施例提高了G通道的加权值系数，在第一俯视图和第二俯视图中可以很好的体现绿色图像特征的表达；
根据透明检测容器底部对光的折射将灰度图像分割，分割后的第一灰度图像包括边缘区域和平底区域；如图3所示，图3中A区域表示平底区域，B区域表示边缘区域；
需要说明的是，在获取环境污水的表面图像时在透明检测容器的底部设置了一个辅助光源；如果环境污水透光性越差，则亮光越微弱甚至没有亮光，那么在实验环境下，保证其他因素不做任何改变，可以提取该水样图像中的亮光像素点来评估水质的透明度；由于透明检测容器底部对光的折射不同，需要对采集到的灰度图像按照亮度的不同进行区域划分，亮度不同是因为透明检测容器底部，也就是本实施例的透明烧杯底部对光的折射能力的不同引起的，这是因为透明烧杯底底部边缘存在曲度，光的发射角度是斜向的，在具有曲度的地方发生来回反射较多，因此本实施例中将第一灰度图像分割为平底区域和边缘区域，在获取单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量时可对边缘区域和平底区域设定不同的权重值，以提高对环境污水的透光度检测的准确性；
本实施例中，第一灰度图像为在透明检测容器的上部可以看到的透明检测容器的底部区域形成的图像，通过对透明检测容器的底部区域形成的图像进行分割获得了边缘区域和平底区域；
S102，获取边缘区域中每个像素点的多个灰度值递减方向，并获取多个灰度值递减方向中像素点最多的方向作为该像素点的目标方向；依次获取平底区域中每个像素点的目标方向；获取目标方向的过程为：分别获取边缘区域和平底区域中每个像素点与该像素点邻域方向两两灰度值递减像素点距离之和的最大值，并将最大值对应的方向作为每个像素点的目标方向；距离之和的最大值通过下式确定：
式中，
为像素点邻域方向两两灰度值递减像素点距离之和的最大值；
为最大值对应的方向的第
个像素点；
为最大值对应的方向的第
个像素点；
为最大值对应的方向的第
个像素点的横坐标的值；
为最大值对应的方向的第
个像素点的横坐标的值；
为最大值对应的方向的第
个像素点的纵坐标的值；
为最大值对应的方向的第
个像素点的纵坐标的值；
为坐标为(
)的像素点与坐标为(
)的像素点之间的欧式距离，且坐标为(
)的像素的灰度值小于坐标为(
)的像素点的灰度值；
依次获取平底区域中每个像素点的目标方向；对目标方向的像素点进行聚簇分别获取边缘区域中的第一悬浮物像素点和平底区域中的第二悬浮物像素点；获取边缘区域中的第一悬浮物像素点和平底区域中的第二悬浮物像素点的过程为：根据最大值和最大值对应的方向确定灰度递减向量，灰度递减向量的方向为最大值对应的方向；以每个灰度递减向量的终点为聚簇中心，按灰度递减向量向着聚簇中心的趋势为聚簇标准，将所有灰度递减向量进行聚簇，只有终点相同的多个灰度递减向量才会形成聚簇，而离散的灰度递减向量不会形成聚簇，因此可以确定每一个聚簇都是一个由多个悬浮物像素点组成的区域；由此获得边缘区域中的第一悬浮物像素点和平底区域中的第二悬浮物像素点；
S103，设定边缘区域的第一权重值和平底区域的第二权重值；根据透明检测容器中环境污水的体积、第一权重值和第二权重值，以及第一悬浮物像素点数量和第二悬浮物像素点数量获取单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量；单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量通过下式确定：
式中，
为单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量，
表示环境污水；
为环境污水的体积；
为第一悬浮物像素点数量，即边缘区域中悬浮物像素点数量；
为第二悬浮物像素点数量，即平底区域中悬浮物像素点数量；
为边缘区域和平底区域中像素点数量之和；
为第一权重值；
为第二权重值；
为对边缘区域赋予第一权重值后，第一悬浮物像素点在边缘区域和平底区域全部像素点中的数量占比；
为对平底区域赋予第二权重值后，第二悬浮物像素点在边缘区域和平底区域全部像素点中的数量占比；
表示单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量；
需要说明的是，由于透明检测容器对光的折射能力的不同，造成边缘区域和平底区域的亮度不同，且区边缘域的亮度大于平底区域；因此第一权重值大于第二权重值，本实施例中根据实验条件设置第一权重值为0.6，设置第二权重值为0.4，实施者可根据具体实施条件设定其他的第一权重值和第二权重值，且要保证第一权重值要大于第二权重值；
获取边缘区域中除悬浮物像素点外的非悬浮物像素点和平底区域中除悬浮物像素点外的非悬浮物像素点；并将边缘区域中的非悬浮物像素点和平底区域中的非悬浮物像素点记为第一非悬浮物像素点；
S104，根据第二灰度图像获取单位体积的标准水样内悬浮物像素点含量和第二非悬浮物像素点，第二非悬浮物像素点为第二灰度图像中除悬浮物像素点外的像素点；根据单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量、单位体积的标准水样内悬浮物像素点含量、第一非悬浮物像素点灰度值的平均值和第二非悬浮物像素点灰度值的平均值获取环境污水的透光度，环境污水的透光度通过下式确定：
式中，
为环境污水的透光度；
为单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量，
表示环境污水；
为单位体积的标准水样内悬浮物像素点含量，
表示标准水样；
为第一非悬浮物像素点灰度值的平均值，
表示环境污水；
为第二非悬浮物像素点灰度值的平均值，
表示标准水样；
为单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量与单位体积的标准水样内悬浮物像素点含量的比值；
为第一非悬浮物像素点灰度值的平均值与第二非悬浮物像素点灰度值的平均值的比值；
代表对
和
进行欧几里得转换，得到环境污水的透光度；
通过单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量、单位体积的标准水样内悬浮物像素点含量、第一非悬浮物像素点灰度值的平均值和第二非悬浮物像素点灰度值的平均值，获得了环境污水的透光度，设定透光度的阈值，根据透光度的阈值和环境污水的透光度可判断环境污水的污染程度；环境污水的透光度越小，环境污水的污染程度越大；
需要说明的是，实施者可根据环境污水的使用条件和使用场景自行设定透光度的阈值，根据阈值与环境污水的透光度的大小判断环境污水是否满足该使用场景的使用条件；本实施例中，将环境污水用于浇绿植和马路洒水，根据浇绿植和马路洒水对水质的要求，本实施例设定透光度的阈值为0.65，当环境污水的透光度大于0.65，可将环境污水用于浇绿植和马路洒水。
综上，本实施例提供了一种环境污水可循环利用程度检测方法，该方法通过获取待检测的环境污水，并将该环境污水置于透明检测容器中，获取该盛有环境污水的透明检测容器的顶部第一俯视图；获取标准水样，并将该标准水样置于透明检测容器中，获取该盛有标准水样的透明检测容器的顶部第二俯视图；获取第一俯视图的第一灰度图像和第二俯视图的第二灰度图像；获取第一灰度图像中每个像素点的多个灰度值递减方向；并将多个灰度值递减方向中含有像素点最多的灰度值递减方向作为该像素点的目标方向；对第一灰度图像中每个像素点的目标方向进行聚簇获取第一灰度图像中悬浮物像素点；利用透明检测容器中环境污水的体积和第一灰度图像中悬浮物像素点的数量获取单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量；获取第一灰度图像中除悬浮物像素点外的第一非悬浮物像素点，并根据第二灰度图像获取单位体积的标准水样内悬浮物像素点含量和第二度图像中除悬浮物像素点外的第二非悬浮物像素点；根据单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量、单位体积的标准水样内悬浮物像素点含量、第一非悬浮物像素点灰度值的平均值和第二非悬浮物像素点灰度值的平均值获取环境污水的透光度；根据透光度判断环境污水的污染程度；本实施例中，根据环境污水的透光度可直接得到环境污水的浑浊程度，根据浑浊程度可确定环境污水的污染程度；相对于现有技术，本实施例的技术方案具有使用方便和检测效率高的特点；通过本实施例的技术方案，可解决相关技术中，在对环境污水检测时检测成本高和检测效率低下的技术问题。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种环境污水可循环利用程度检测方法，其特征在，包括以下步骤：
获取待检测的环境污水，并将该环境污水置于透明检测容器中，获取盛有环境污水的透明检测容器的顶部第一俯视图；获取标准水样，并将该标准水样置于透明检测容器中，获取盛有标准水样的透明检测容器的顶部第二俯视图；
获取所述第一俯视图的第一灰度图像和所述第二俯视图的第二灰度图像；
获取所述第一灰度图像中每个像素点与该像素点邻域方向两两灰度值递减像素点距离之和的最大值，并将最大值对应的方向作为每个像素点的目标方向；
对所述第一灰度图像中每个像素点的目标方向进行聚簇获取所述第一灰度图像中悬浮物像素点；利用透明检测容器中环境污水的体积和第一灰度图像中悬浮物像素点的数量获取单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量；
获取第一灰度图像中除悬浮物像素点外的第一非悬浮物像素点，按照由第一灰度图获取单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量和第一非悬浮物像素点的步骤，根据所述第二灰度图像获取单位体积的标准水样内悬浮物像素点含量和第二图像中除悬浮像素点外的第二非悬浮物像素点；
根据所述单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量、单位体积的标准水样内悬浮物像素点含量、第一非悬浮物像素点灰度值的平均值和第二非悬浮物像素点灰度值的平均值获取所述环境污水的透光度；根据所述透光度判断所述环境污水的污染程度。
2.根据权利要求1所述的环境污水可循环利用程度检测方法，其特征在于，获取所述第一俯视图的第一灰度图像的过程中还包括将所述第一灰度图像分割成边缘区域和平底区域，并获取所述边缘区域中的悬浮物像素点和平底区域中的悬浮物像素点。
3.根据权利要求2所述的环境污水可循环利用程度检测方法，其特征在于，获取单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量的过程中还包括设定边缘区域的第一权重值和平底区域的第二权重值，并根据所述第一权重值、第二权重值和透明检测容器中环境污水的体积，以及边缘区域中悬浮物像素点数量和平底区域中悬浮物像素点数量获取单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量。
4.根据权利要求3所述的环境污水可循环利用程度检测方法，其特征在于，所述单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量通过下式确定：
式中，
为单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量；
为环境污水的体积；
为边缘区域中悬浮物像素点数量；
为平底区域中悬浮物像素点数量；
为边缘区域和平底区域中像素点数量之和；
为第一权重值；
为第二权重值。
5.根据权利要求4所述的环境污水可循环利用程度检测方法，其特征在于，所述第一权重值大于第二权重值，所述第一权重值为0.7；所述第二权重值为0.3。
6.根据权利要求5所述的环境污水可循环利用程度检测方法，其特征在于，所述环境污水的透光度通过下式确定：
式中，
为环境污水的透光度；
为单位体积的环境污水内悬浮物像素点含量；
为单位体积的标准水样内悬浮物像素点含量；
为第一非悬浮物像素点灰度值的平均值；
为第二非悬浮物像素点灰度值的平均值。
7.根据权利要求6所述的环境污水可循环利用程度检测方法，其特征在于，根据所述透光度判断所述环境污水的污染程度的过程中还包括设定透光度阈值，根据所述透光度阈值判断所述环境污水的可循环利用程度。
8.根据权利要求1所述的环境污水可循环利用程度检测方法，其特征在于，获取第一俯视图和第二俯视图的过程中还包括在所述透明检测容器的底部增加一个辅助光源。
9.根据权利要求8所述的环境污水可循环利用程度检测方法，其特征在于，所述辅助光源为功率为5W的LED灯光源。
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