CN117434032A - 一种水质检测系统、方法、装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水质检测技术领域，公开了一种水质检测系统、方法、装置及存储介质，本发明通过光源组件产生激光光束，并通过丁达尔效应在待检测液体中形成光带，进一步，由于待检测液体中光带之外的前景区域和背景区域中几乎没有光，因此当激光光束照射液体时光带外的颗粒无法散射光，也就不会被图像采集装置拍摄到，进而可以得到只保留有光带内的颗粒图像的初始悬浮物颗粒图像集。进一步，由于光带很薄，因此该光带内的悬浮物颗粒可以较清晰地成像。最后，通过对初始悬浮物颗粒图像集进行处理，可以得到对应的水质检测结果。因此，通过实施本发明，实现了液体中悬浮颗粒物图像的高质量采集，进而实现了所需水质参数的检测。

Description

一种水质检测系统、方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及水质检测技术领域，具体涉及一种水质检测系统、方法、装置及存储介质。

背景技术

农村污水具有量小、波动性大、分散性强的特点，现阶段农村生活污水处理设施80％为分散式，其运维需要大量水质参数用于判断设施运行状态、辅助设施控制操作，而现有水质检测仪表价格昂贵，主要依靠人工检测，但农污设施管理人员专业水平良莠不齐，且人工检测工作量大、具有一定滞后性。因此，农污设施极度缺乏水质检测系统。

现有的基于图像识别的浊度检测系统采用RGB、HSV或光源图案质量方式，在测量透明度较高的液体时，误差较大，而采用显微摄像的方式时，由于镜头景深较小，大概只有几微米到几十微米，超出这个范围的目标无法清晰成像，因此需要特定的水样采集装置，才能拍出质量较高的悬浮物图像。如果直接采用镜头和普通照明光源直接对液体拍摄，同样由于镜头景深较小，导致在对焦平面前景及背景中的颗粒同样会被拍到，但离对焦平面越远，在摄像图像中形成的影子越大且越模糊，大量这种模糊的影子叠加在图像上，会影响到对焦平面内的颗粒的分辨，进而导致水质检测精度较低。

现有的基于光学法测量液体浊度的传感器，只能测量单一的浊度值，测量液体流速的传感器同样只能测量流速值，当需要同时测量多个参数时，需要安装多个传感器，其成本相对较高，安装方式复杂。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种水质检测系统、方法、装置及存储介质，以解决现有的基于图像识别的水质检测系统由于镜头景深较小，需要特定采样装置，或是无法拍摄高质量图像进而影响对焦平面内的颗粒的分辨，进而导致水质检测精度较低的问题，以及同时采集多个参数需要多个传统传感器的问题。

第一方面，本发明提供了一种水质检测系统，包括：光源组件、图像采集装置和数据处理装置；光源组件，用于产生激光光束，并当激光光束照射待检测液体时，利用丁达尔效应在待检测液体中形成与图像采集装置的轴线垂直的光带；图像采集装置，用于当激光光束照射待检测液体时，基于光带获取待检测液体对应的初始悬浮物颗粒图像集，以及将初始悬浮物颗粒图像集发送至数据处理装置；数据处理装置，用于基于初始悬浮物颗粒图像集，经过预设处理方法和预设计算方法，得到待检测液体的水质检测结果。

本发明提供的水质检测系统，通过光源组件产生激光光束，并通过丁达尔效应在待检测液体中形成光带，进一步，由于待检测液体中光带之外的前景区域和背景区域的液体中几乎没有光，因此当激光光束照射待检测液体时光带外的颗粒无法散射光，也就不会被图像采集装置拍摄到，进而可以得到只保留有光带内的颗粒图像的初始悬浮物颗粒图像集。进一步，由于光带很薄，因此该光带内的悬浮物颗粒可以较清晰地成像。最后，通过对初始悬浮物颗粒图像集进行处理，可以得到对应的水质检测结果。因此，通过实施本发明，提高了图像质量，进而提高了水质检测精度。

在一种可选的实施方式中，光源组件，包括：半导体激光器、激光调整透镜组、光束反射镜和光束发射组件，光束发射组件由透明玻璃构成；半导体激光器，用于产生激光光束，并将激光光束发射至激光调整透镜组；激光调整透镜组，用于基于预设需求对激光光束的形状进行调整，得到截面形状为矩形的第一目标光束，以及将第一目标光束发射至光束反射镜；光束反射镜，用于改变第一目标光束的方向，并将改变方向后的第一目标光束经过光束发射组件发射至待检测液体，并利用丁达尔效应在待检测液体中形成与图像采集装置的轴线垂直的光带。

本发明通过使用由透镜构成的激光调整透镜组可以调整激光光束的形状，使之形成类似薄光带的光束。进一步，通过光束反射镜可以改变光束的方向，以便改变方向后的第一目标光束经过光束发射组件发射至待检测液体时以垂直于图像采集装置的方向射出，进而形成与图像采集装置的轴线垂直的光带，为后续图像采集提供了支持。

在一种可选的实施方式中，图像采集装置，包括：图像检测组件、镜头组件和图像传感器，图像检测组件由减光片构成；图像检测组件，用于接收激光光束照射待检测液体时光带内悬浮物颗粒散射形成的散射光；镜头组件，用于对散射光进行聚焦，并基于聚焦后的散射光，在图像传感器中成像并得到初始悬浮物颗粒图像集。

本发明将光带作为检测区，通过图像检测组件、镜头组件和图像传感器可以得到只保留有光带内的颗粒图像的初始悬浮物颗粒图像集，提高了图像质量，进而为后续提高水质检测精度提供了支持。进一步，图像检测组件由减光片构成，可以减弱环境光的影响，同时避免较强的散射光对图像传感器造成损害。

在一种可选的实施方式中，数据处理装置，包括：第一处理模块和第二处理模块；第一处理模块，用于基于初始悬浮物颗粒图像集，经过预设处理方法和预设计算方法，得到待检测液体的悬浮物颗粒浓度值；第二处理模块，用于基于初始悬浮物颗粒图像集，经过预设处理方法和预设计算方法，得到待检测液体的流速值。

本发明通过利用第一处理模块和第二处理模块分别对初始悬浮物颗粒图像集进行处理，可以得到包含待检测液体的悬浮物颗粒浓度值和流速值的数值检测结果。

在一种可选的实施方式中，第一处理模块，包括：处理子模块、检测与识别子模块和第一计算子模块；处理子模块，用于基于初始悬浮物颗粒图像集，经过预设图像处理方法，得到目标悬浮物颗粒图像集，以及将目标悬浮物颗粒图像集发送至检测与识别子模块；检测与识别子模块，用于基于目标悬浮物颗粒图像集，经过轮廓检测法和连通域法处理，得到每个目标悬浮物颗粒图像中的悬浮物颗粒数值，以及将每个悬浮物颗粒数值发送至第一计算子模块；第一计算子模块，用于基于每个悬浮物颗粒数值，计算待检测液体的悬浮物颗粒浓度值。

本发明通过处理子模块、检测与识别子模块对初始悬浮物颗粒图像集进行处理，可以得到每图像中的悬浮物颗粒数值，降低了悬浮物颗粒数值的误差，进而提高了悬浮物颗粒浓度值的测量准确度。

在一种可选的实施方式中，第二处理模块，包括：获取子模块和第二计算子模块；获取子模块，用于获取初始悬浮物颗粒图像集中每两个相邻初始悬浮物颗粒图像中悬浮物颗粒的位置变化，以及将位置变化发送至第二计算子模块；第二计算子模块，用于基于位置变化计算每个悬浮物颗粒的位移，以及基于每个位移计算待检测液体的流速值。

本发明通过在连续采集的初始悬浮物颗粒图像集中获取每两个相邻初始悬浮物颗粒图像中悬浮物颗粒的位置变化，可以进一步计算得到待检测液体在流速稳定时的流速值，解决了现有技术中由于无法稳定拍摄到悬浮物颗粒的移动视频，进而难以采用图像识别测量对应液体流速的问题。

在一种可选的实施方式中，获取子模块，还用于获取初始悬浮物颗粒图像集中采集每个初始悬浮物颗粒图像的曝光时间和每个初始悬浮物颗粒图像中悬浮物颗粒的拖尾长度，以及将曝光时间和拖尾长度发送至第二计算子模块；第二计算子模块，还用于基于每个曝光时间、每个拖尾长度和每个位移，计算待检测液体的流速值。

本发明通过结合曝光时间和拖尾长度，可以计算得到待检测液体在流速不稳定时的流速值，提高了流速计算的准确度。

在一种可选的实施方式中，系统还包括：光束强度检测装置和控制装置；光束强度检测装置，用于检测经过待检测液体的激光光束的透射光强度值，并将透射光强度值发送至控制装置；控制装置，用于接收半导体激光器发射的激光光束的发光强度值，以及基于透射光强度值和发光强度值控制半导体激光器的发光强度。

本发明通过控制半导体激光器发出的激光强度，可以提高光带中悬浮物颗粒反射激光与背景的对比度，进一步提高了悬浮物颗粒图像的质量。

在一种可选的实施方式中，光束强度检测装置，包括：光强检测组件、光强反射镜、光强检测透镜组和光强传感器，光强检测组件由减光片构成；光强检测组件，用于接收激光光束经过待检测液体后形成的第二目标光束，以及将第二目标光束经过光强反射镜发射至光强检测透镜组；光强检测透镜组，用于对第二目标光束的形状和光路进行调整，得到透射光束，并将透射光束发射至光强传感器；光强传感器，用于检测透射光束的透射光强度值。

本发明通过使用由减光片构成的光强检测组件，可以降低光的强度，避免光束功率过大对光强传感器造成损坏。

在一种可选的实施方式中，控制装置，还用于接收数据处理装置发送的初始悬浮物颗粒图像集中每个初始悬浮物颗粒图像的曝光时间和曝光时长，以及基于每个曝光时间和曝光时长控制半导体激光器的发光时间。

本发明通过控制半导体激光器的发光时间，可以提高光带中悬浮物颗粒反射激光的反射时间，进一步提高了悬浮物颗粒图像的质量。

在一种可选的实施方式中，系统还包括：数据传输装置，用于接收数据处理装置发送的初始悬浮物颗粒图像集和水质检测结果，并将初始悬浮物颗粒图像集和水质检测结果发送至对应的用户。

本发明可以通过数据传输装将初始悬浮物颗粒图像集发送至对应的用户，以便用于进行二次分析。

在一种可选的实施方式中，系统还包括：防水外壳和防水连接器。

本发明通过设置防水外壳和防水连接器，可以使得系统完全浸没入待检测液体中使用。

第二方面，本发明提供了一种水质检测方法，用于如上述第一方面或其对应的任一实施方式的水质检测系统；该方法包括：

利用水质检测系统中光源组件产生激光光束，并当激光光束照射待检测液体时，利用丁达尔效应在待检测液体中形成与水质检测系统中图像采集装置的轴线垂直的光带；基于光带并利用图像采集装置获取待检测液体对应的初始悬浮物颗粒图像集；利用水质检测系统中数据处理装置对初始悬浮物颗粒图像集进行处理，得到待检测液体的水质检测结果。

本发明提供的水质检测方法，利用本发明第一方面或其对应的任一实施方式的水质检测系统对待检测液体进行水质检测，提高了基于图像识别的水质检测精度。

第三方面，本发明提供了一种水质检测装置，用于如上述第一方面或其对应的任一实施方式的水质检测系统；该装置包括：

产生与形成单元，用于利用水质检测系统中光源组件产生激光光束，并当激光光束照射待检测液体时，利用丁达尔效应在待检测液体中形成与水质检测系统中图像采集装置的轴线垂直的光带；获取单元，用于当激光光束照射光带时，利用图像采集装置获取待检测液体对应的初始悬浮物颗粒图像集；处理单元，用于利用水质检测系统中数据处理装置对初始悬浮物颗粒图像集进行处理，得到待检测液体的水质检测结果。

第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述第二方面提供的水质检测方法。

第五方面，本发明提供了一种计算机设备，包括：存储器和处理器，存储器和处理器之间互相通信连接，存储器中存储有计算机指令，处理器通过执行计算机指令，从而执行上述第二方面提供的水质检测方法。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的水质检测系统的结构框图；

图2是根据本发明实施例的悬浮物图像采集方法示意图；

图3是根据本发明实施例的一种基于图像识别的水质在线监测装置的结构示意图；

图4是根据本发明实施例的水质检测方法的流程示意图；

图5是根据本发明实施例的水质检测装置的结构框图；

图6是本发明实施例的计算机设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

本发明实施例提供了一种水质检测系统，通过光源组件产生激光光束，并通过丁达尔效应在待检测液体中形成光带达到了提高图像质量，进而提高水质检测精度的效果。

在本实施例中提供了一种水质检测系统，图1是根据本发明实施例的水质检测系统的结构框图，如图1所示，该水质检测系统1包括：光源组件11、图像采集装置12、数据处理装置13、光束强度检测装置14、控制装置15、数据传输装置16、防水外壳17和防水连接器18。其中，上述每个装置均采用黑色表面，以减少反光的影响。

应理解，系统还可以包括其他装置、设备。

具体地，光源组件11包括：半导体激光器111、激光调整透镜组112、光束反射镜113和光束发射组件114。其中，光束发射组件114由透明玻璃构成。

图像采集装置12包括：图像检测组件121、镜头组件122和图像传感器123。其中，图像检测组件121由减光片构成。

数据处理装置13包括：第一处理模块131和第二处理模块132。其中，第一处理模块131包括：处理子模块1311、检测与识别子模块1312和第一计算子模块1313；第二处理模块132包括：获取子模块1321和第二计算子模块1322。

光束强度检测装置14包括：光强检测组件141、光强反射镜142、光强检测透镜组143和光强传感器144。其中，光强检测组件141由减光片构成。

进一步，对上述系统中的每个装置的功能进行说明。

优选地，光源组件11用于产生激光光束，并当激光光束照射待检测液体时，，利用丁达尔效应在待检测液体中形成与图像采集装置12的轴线垂直的光带。

首先，利用光源组件11中半导体激光器111产生激光光束，该激光光束是一个带一定发散角的光束，截面光斑近似矩形。其中，半导体激光器为采用带光强度检测二极管的半导体激光器。

进一步，光源组件11将该激光光束发射至激光调整透镜组112。

其次，激光调整透镜组112对该激光光束的形状进行调整，可以得到形状为截面宽几到十几毫米、厚度几到几百微米的矩形的第一目标光束。其中，激光调整透镜组112可以使用柱镜组合，也可以使用其它透镜组合，本实施例对此不做具体限定，只要满足需求即可。

进一步，激光调整透镜组112将该第一目标光束经过光束反射镜113反射至光束发射组件114中。

其中，通过光束反射镜113可以改变第一目标光束的方向，进而使得反射后的第一目标光束可以经过光束发射组件114垂直地射入至待检测液体中。其中，光束反射镜113可以为全反射棱镜，也可以为其它反射镜，本实施例对此不做具体限定，只要满足需求即可。

最后，射入待检测液体中的光束在丁达尔效应下，可以形成对应的光带，且该光带与图像采集装置12中镜头组件122的轴线垂直。

其中，丁达尔效应是一种光的散射现象，当一束光线透过胶体，从垂直入射光方向可以观察到胶体里出现的一条光亮的“通路”。

进一步，半导体激光器111和激光调整透镜组112的位置可以在一定的范围进行调整，通过移动该半导体激光器111和激光调整透镜组112的位置可以调整最终形成的光带离镜头组件122的远近，达到调整物距的目的。

优选地，图像采集装置12，用于当激光光束照射待检测液体时，基于光带获取待检测液体对应的初始悬浮物颗粒图像集，以及将初始悬浮物颗粒图像集发送至数据处理装置13。

具体地，将待检测液体中形成的光带看作检测区，当激光光束照射待检测液体时，由于光带之外的前景区域和背景区域中几乎没有光，因此当激光光束照射待检测液体时光带外的颗粒无法散射光，也就不会被图像采集装置拍摄到，进一步，由于光带很薄，其内部的悬浮颗粒散射的光线通过镜头后，可以在图像传感器123靶面较清晰地成像，并得到对应的悬浮物颗粒图像。

首先，当激光光束照射待检测液体时，会被待检测液体中形成的光带中不规则的悬浮物颗粒反射形成散射光，其中一部分散射光会反射至由减光片构成的图像检测组件121。进一步，通过由减光片构成的图像检测组件121可以降低入射的散射光的强度，并减弱环境光的干扰。

进一步，利用镜头组件122对图像检测组件121中的散射光进行聚焦，并最终在图像传感器123中成像，形成可供分析的初始悬浮物颗粒图像集。其中，镜头组件122可以采用工业相机使用的定焦或变焦镜头，也可以采用显微镜物镜，本实施例对此不做具体限定，可以根据待检测液体的特征选择合适的镜头组件；图像传感器123可以根据需求选择合适参数的型号，比如500万像素，1/4寸的彩色传感器。

进一步，由于光带与图像采集装置12中镜头组件122的轴线垂直，可以使得镜头组件122拍摄到对焦平面内的颗粒图像，并且可以不受前景及背景中的颗粒的影响，进而提高了得到的初始悬浮物颗粒图像集的质量。

进一步，通过由减光片构成的图像检测组件121还可以避免过强的散射光在聚焦后损坏图像传感器123。

在一实例中，悬浮物图像采集方法示意图如图2所示，利用丁达尔现象，使用激光产生接近平行光的光束，光束经过透镜组后，变成光束截面宽几到十几毫米、厚度几到几百微米的矩形，其射入被测液体中，形成一条与镜头轴线垂直的光带，由于这个光带很薄，其内部的悬浮颗粒散射的光线通过镜头后，可以在图像传感器靶面较清晰地成像，得到悬浮颗粒图像。

具体地，激光束是经过透镜组整形后的光束，根据需要，光束截面是一个宽几到十几毫米，厚度在几微米到几百微米的矩形，其射入水中后，形成一条薄带状光路，可以认为用光路形成了一个虚拟的玻片，然后用镜头对这个光带拍摄时，由于前景区域和背景区域的液体中几乎没有光，因此这部分区域内的颗粒无法散射光，也就不会被摄像头拍摄到，这样图像中就只留下光带内的颗粒图像，而由于这个光带很薄，因此其内的颗粒可以较清晰地成像，由于颗粒直径通常在亚微米到微米级，因此摄像头像素尺寸越小分辨率越高。

优选地，数据处理装置13，用于基于初始悬浮物颗粒图像集，经过预设处理方法和预设计算方法，得到待检测液体的水质检测结果。

具体地，利用数据处理装置13中第一处理模块131对初始悬浮物颗粒图像集进行处理，可以计算得到待检测液体的悬浮物颗粒浓度值。

首先，在处理子模块1311中，利用预设图像处理方法对初始悬浮物颗粒图像集进行处理，可以包括灰度处理、滤波、二值化、图像亮度计算、合成视频等处理，通过该预设图像处理方法可以提高初始悬浮物颗粒图像集的质量，并得到处理后的目标悬浮物颗粒图像集。

其次，在检测与识别子模块1312中，利用轮廓检测法和连通域法对目标悬浮物颗粒图像集进行处理，可以计算得到每个目标悬浮物颗粒图像中的悬浮物颗粒的数量，即悬浮物颗粒数值。

具体地，根据浊度量程不同，可以对不同尺度的悬浮物颗粒进行计数，计数时可以根据需要过滤掉较小的颗粒，因为越小的颗粒，在高浊度下重叠的概率越大，因此浊度越高，需要过滤的颗粒直径就越大。本实施例中利用轮廓检测法和连通域法识别颗粒并计数，即得到对应的悬浮物颗粒数值。

进一步，检测与识别子模块1312将该悬浮物颗粒数值发送至第一计算子模块1313中。

最后，第一计算子模块1313根据该悬浮物颗粒数值可以计算得到待检测液体的悬浮物颗粒浓度值。

具体地，利用每个悬浮物颗粒数值除以比例系数即可以得到每个目标悬浮物颗粒图像对应的悬浮物浓度值，进一步，对多个悬浮物浓度值求平均值即可以得到最终的浓度测量结果，即悬浮物颗粒浓度值。

进一步，利用数据处理装置13中第二处理模块132对初始悬浮物颗粒图像集进行处理，可以计算得到待检测液体的流速值。

首先，当待检测液体的当前流速较低时，可以直接利用获取子模块1321获取初始悬浮物颗粒图像集中每两个相邻初始悬浮物颗粒图像中悬浮物颗粒的位置变化，并将该位置变化发送至第二计算子模块1322。

其次，第二计算子模块1322可以根据该位置变化计算出悬浮物颗粒的位移，进而得到待检测液体的瞬间流速值。

最后，第二计算子模块1322通过对一段时间内的瞬时流速结果进行平均值计算，可以得到最终的流速测量结果，即待检测液体的流速值。

优选地，光束强度检测装置14，用于检测经过待检测液体的激光光束的透射光强度值，并将透射光强度值发送至控制装置15。

首先，当激光光束经过液体时，一部分光被散射，另一部分透射光即第二目标光束会发射至光强检测组件141。

其次，该第二目标光束经过由减光片构成光强检测组件141，并经过光强反射镜142改变方向反射至光强检测透镜组143。其中，由减光片构成光强检测组件141可以降低光束的强度，吸收光束的能量，进一步，还可以避免光束功率过大对光强传感器144造成损坏。

然后，光强检测透镜组143会对该改变方向后的第二目标光束的形状和光路进行调整，可以使得到的透射光束达到适合检测的截面形状。

最后，通过光强检测透镜组143将透射光束发散并照射到光强传感器144中，进一步，通过光强传感器144可以检测得到该透射光束的透射光强度值，并将该透射光强度值发送至控制装置15中。

优选地，控制装置15，用于接收半导体激光器111发送的激光光束的发光强度值，以及基于透射光强度值和发光强度值控制半导体激光器的发光强度。

具体地，带光强度检测二极管的半导体激光器可以测量发射的激光光束的发光强度值，并将该发光强度值发送至控制装置15。

进一步，控制装置15根据接收到的透射光强度值和发光强度值可以控制半导体激光器111的发光强度。

优选地，控制装置15，还用于接收数据处理装置13发送的初始悬浮物颗粒图像集中每个初始悬浮物颗粒图像的曝光时间和曝光时长，以及基于每个曝光时间和曝光时长控制半导体激光器111的发光时间。

具体地，控制装置15可以通过每个初始悬浮物颗粒图像的曝光时间和曝光时长控制半导体激光器111的发光时间。

优选地，数据传输装置16，用于接收数据处理装置发送的初始悬浮物颗粒图像集和水质检测结果，并将初始悬浮物颗粒图像集和水质检测结果发送至对应的用户。

通过数据传输装置16将初始悬浮物颗粒图像集发送至对应的用户，以便用于进行二次分析。

进一步，数据传输装置还可以将和水质检测结果及其它相关数据发送至对应的用户。

进一步，数据处理装置13还可以接收数据传输装置16发来的数据，存储测量参数、控制参数、图像采样参数、标定参数等，并根据数据传输装置16的请求，返回原始图像、测量结果以及各种参数等，也可以接收命令修改上述参数，以便适应不同的测量需求。

优选地，防水外壳17可以保护内部器件，比如光源组件11、图像采集装置12、数据处理装置13、光束强度检测装置14、控制装置15和数据传输装置16。通过该防水外壳17可以将水质检测系统1完全浸没入待测液体使用。

进一步，当水质检测系统1完全浸没入待测液体使用时，可以通过防水连接器18与外部连接，比如，将防水连接器18与安装螺纹安装，以便于在支架上快速安装。

其中，防水连接器18采用IP68级别的连接器，可以包括电源、地线、RS485、以太网、报警信号相应的引脚。

进一步，当水质检测系统1完全浸没入待测液体使用并通过防水连接器18与外部连接时，数据传输装置16还可以负责电源调整、RS485接口、以太网接口通信，以及输出故障报警信号。其中电源采用宽电压供电，以便适应不同的电源，RS485接口可以用于传输各类参数、测量结果、报警信号等；以太网接口除了可以传输上述数据，还可以传输图像或视频数据，并使用户直接得到采集的初始悬浮物颗粒图像集，便于进行二次分析。

本实施例提供的水质检测系统，通过光源组件产生激光光束，并通过丁达尔效应在待检测液体中形成光带，进一步，由于当激光光束照射待测液体中形成的光带时，光带外的区域几乎没有光，因此光带外的颗粒无法散射光，也就不会被图像采集装置拍摄到，进而可以得到只保留有光带内的颗粒图像的初始悬浮物颗粒图像集。进一步，由于光带很薄，因此该光带内的悬浮物颗粒可以较清晰地成像。最后，通过对初始悬浮物颗粒图像集进行处理，可以得到对应的水质检测结果。因此，通过实施本发明，提高了图像质量，进而提高了水质检测精度。

在一实例中，如图3所示，提供一种基于图像识别的水质在线监测装置，包括：防水外壳(1)、激光器(2)、激光调整透镜组(柱镜组)(3)、光束发射反光镜(棱镜)(4)、透明玻璃片构成的光束发射窗口(5)、减光片构成的图像检测窗口(6)、镜头组件(物镜)(7)、图像传感器(8)、减光片构成的光强检测窗口(9)、光强检测反射镜(棱镜)(10)、光强检测透镜组(11)、光强传感器(12)、控制板(13)、数据处理模块(14)、数据传输模块(15)、防水连接器(16)和安装螺纹(17)。

其中，(2)、(3)、(4)、(5)组成了光源组件，用于在镜头前产生带状光束，(6)、(7)、(8)组成了图像检测组件，用于拍摄悬浮物图像，(9)、(10)、(11)、(12)组成了光束强度检测组件，用于检测透射的光束强度及光照时间。

具体地，整体装置可以完全浸没入待测液体使用，因此需要防水外壳(1)保护内部器件，外壳及其它结构件均采用黑色表面，减少反光的影响。光束由激光器(2)射出后，是一个带一定发散角的光束，截面光斑近似矩形，经过激光调整透镜组后，射出的光束被调整为一个截面宽几到十几毫米、厚度几到几百微米的矩形，再经过光束发射反射镜(4)改变光路，最终从透明玻璃组成的光束发射窗口(5)射入待测液体。这部分中的激光器采用带光强度检测二极管的激光器，这样要发射激光的同时，可以测量激光强度，结合相应电路，可以控制激光强度的稳定性和光照时间，激光调整透镜组用于光束整形，本例中使用柱镜组合，目的是得到上述截面形状的光束，也可以使用其它透镜组合，之后光束经过反射镜改变方向，以便在垂直于镜头的方向射出，本实例中使用的是全反射棱镜，也可使用其它反射镜，最终光束经过透明玻璃窗口射出。激光器和调整透镜组的位置可在一定范围内调整，通过移动其位置，可以调整最终形成的光带离镜头的远近，达到调整物距的目的。

光源组件形成的光束在液体中形成一条垂直于镜头(7)轴线的光带，将该光带看作检测区，光束照射到其内的悬浮物颗粒后，光线被不规则的颗粒反射形成散射，其中一部分散射光进入减光片构成的图像检测窗口(6)，经过镜头组件(7)聚焦，最终在图像传感器(8)上成像，形成可供分析的图像。图像检测组件中的减光镜用于降低入射光强，减弱环境光的干扰，同时避免过强的反光烧坏图像传感器，镜头组件可采用工业相机使用的定焦或变焦镜头，也可采用显微镜物镜，可以根据待测液体特征选择合适的镜头组件，本例中使用的是手动变焦镜头，可以根据需要调整。图像传感器(8)可以根据需要选择合适参数的型号，本例中选用500万像素，1/4寸的彩色传感器。

光束经过液体后，进入减光片构成的光强检测窗口(9)，经过光强检测反射镜(10)改变方向，再经过光强检测透镜组(11)使光束达到适合检测的截面形状，本例中采用透镜组调整光束光路，使光束聚集并指向光强传感器，之后照射到光强传感器(12)检测透射光的强度。其中减光片用于降低光强度，吸收激光能量，避免光束功率过大对传感器造成损坏。检测得到的透射光强度和发射光强度对比，可以得到液体的透光性，配合相关的电路，根据透光性调整激光器的发射强度，以便得到合适的散射光强。

控制板(13)接收激光器(2)中的光强度检测二极管反馈的信号用于测量发光强度，接收光强传感器(12)的信号用于测量透射光强度，并根据发光强度反馈值和透射光强度来控制激光器发光强度，接收数据处理模块(14)的命令，控制激光器(2)发光时间。

数据处理模块(14)接收上述光强度数据，同时将图像采样时的曝光时间、曝光时长发送至控制板(13)以便控制激光器发光时间；采集图像传感器的图像数据，并对图像数据做灰度处理、滤波、二值化、图像亮度计算、合成视频等，通过对图像进行轮廓识别和连通域计算，测量颗粒物数量，再除以比例系数得到悬浮物浓度值，并采集多张图像对悬浮物浓度做平均值，最终得到浓度测量结果；通过对多张图像进行处理，并找出相邻两图中的颗粒位置变化，计算出位移，进而得到液体瞬间流速，或对单张图像中的颗粒拖尾长度计算得到液体瞬间流速，并对一段时间内的瞬时流速结果做平均最终得到流速测量结果；接收数据传输模块(15)发来的数据，存储测量参数、控制参数、图像采样参数、标定参数等，并根据数据传输模块(15)的请求，返回原始图像、测量结果以及各种参数等，也可以接收命令修改上述参数，以便适应不同的测量需求。

数据传输模块(15)负责电源调整、RS485接口、以太网接口通信，以及输出故障报警信号。其中电源采用宽电压供电，以便适应不同的电源，RS485接口可以用于传输各类参数、测量结果、报警信号等，以太网接口除了可以传输上述数据，还可以传输图像或视频数据，使用户直接得到采集的图像或视频，便于进行二次分析。

防水连接器(16)采用IP68级别的连接器，其中包括电源、地线、RS485、以太网、报警信号相应的引脚。

安装螺纹(17)用于在支架上快速安装。

根据本发明实施例，提供了一种水质检测方法实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

在本实施例中提供了一种水质检测方法，可用于上述的水质检测系统1，图4是根据本发明实施例的水质检测方法的流程图，如图4所示，该流程包括如下步骤：

步骤S401，利用水质检测系统中光源组件产生激光光束，并当激光光束照射待检测液体时，利用丁达尔效应在待检测液体中形成与水质检测系统中图像采集装置的轴线垂直的光带。

具体的过程参考上述对水质检测系统1中光源组件11的功能描述，此处不再赘述。

步骤S402，基于光带并利用图像采集装置获取待检测液体对应的初始悬浮物颗粒图像集。

具体的过程参考上述对水质检测系统1中图像采集装置12的功能描述，此处不再赘述。

步骤S403，利用水质检测系统中数据处理装置对初始悬浮物颗粒图像集进行处理，得到待检测液体的水质检测结果。

具体的过程参考上述对水质检测系统1中数据处理装置13的功能描述，此处不再赘述。

在不引入从权实施方式的情况下对该步骤进行详细解释。

本实施例提供的水质检测方法，利用本发明上述实施例提供的水质检测系统对待检测液体进行水质检测，提高了水质检测精度。

在本实施例中还提供了一种水质检测装置，该装置用于实现上述实施例及优选实施方式，已经进行过说明的不再赘述。如以下所使用的，术语“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。

本实施例提供一种水质检测装置，可用于上述的水质检测系统1，如图5所示，该装置包括：

产生与形成单元501，用于利用水质检测系统中光源组件产生激光光束，并当激光光束照射待检测液体时，利用丁达尔效应在待检测液体中形成与水质检测系统中图像采集装置的轴线垂直的光带。

获取单元502，用于当激光光束照射光带时，利用图像采集装置获取待检测液体对应的初始悬浮物颗粒图像集。

处理单元503，用于利用水质检测系统中数据处理装置对初始悬浮物颗粒图像集进行处理，得到待检测液体的水质检测结果。

上述各个模块和单元的更进一步的功能描述与上述对应实施例相同，在此不再赘述。

本实施例中的水质检测装置是以功能单元的形式来呈现，这里的单元是指ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)电路，执行一个或多个软件或固定程序的处理器和存储器，和/或其他可以提供上述功能的器件。

本发明实施例还提供一种计算机设备，具有上述图5所示的水质检测装置。

请参阅图6，图6是本发明可选实施例提供的一种计算机设备的结构示意图，如图6所示，该计算机设备包括：一个或多个处理器10、存储器20，以及用于连接各部件的接口，包括高速接口和低速接口。各个部件利用不同的总线互相通信连接，并且可以被安装在公共主板上或者根据需要以其它方式安装。处理器可以对在计算机设备内执行的指令进行处理，包括存储在存储器中或者存储器上以在外部输入/输出装置(诸如，耦合至接口的显示设备)上显示GUI的图形信息的指令。在一些可选的实施方式中，若需要，可以将多个处理器和/或多条总线与多个存储器和多个存储器一起使用。同样，可以连接多个计算机设备，各个设备提供部分必要的操作(例如，作为服务器阵列、一组刀片式服务器、或者多处理器系统)。图6中以一个处理器10为例。

处理器10可以是中央处理器，网络处理器或其组合。其中，处理器10还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路，可编程逻辑器件或其组合。上述可编程逻辑器件可以是复杂可编程逻辑器件，现场可编程逻辑门阵列，通用阵列逻辑或其任意组合。

其中，存储器20存储有可由至少一个处理器10执行的指令，以使至少一个处理器10执行实现上述实施例示出的方法。

存储器20可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据计算机设备的使用所创建的数据等。此外，存储器20可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非瞬时存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非瞬时固态存储器件。在一些可选的实施方式中，存储器20可选包括相对于处理器10远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至该计算机设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

存储器20可以包括易失性存储器，例如，随机存取存储器；存储器也可以包括非易失性存储器，例如，快闪存储器，硬盘或固态硬盘；存储器20还可以包括上述种类的存储器的组合。

该计算机设备还包括通信接口30，用于该计算机设备与其他设备或通信网络通信。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，上述根据本发明实施例的方法可在硬件、固件中实现，或者被实现为可记录在存储介质，或者被实现通过网络下载的原始存储在远程存储介质或非暂时机器可读存储介质中并将被存储在本地存储介质中的计算机代码，从而在此描述的方法可被存储在使用通用计算机、专用处理器或者可编程或专用硬件的存储介质上的这样的软件处理。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体、随机存储记忆体、快闪存储器、硬盘或固态硬盘等；进一步地，存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。可以理解，计算机、处理器、微处理器控制器或可编程硬件包括可存储或接收软件或计算机代码的存储组件，当软件或计算机代码被计算机、处理器或硬件访问且执行时，实现上述实施例示出的方法。

虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (15)

1.一种水质检测系统，其特征在于，包括：光源组件、图像采集装置和数据处理装置；

所述光源组件，用于产生激光光束，并当所述激光光束照射待检测液体时，利用丁达尔效应在所述待检测液体中形成与所述图像采集装置的轴线垂直的光带；

所述图像采集装置，用于当所述激光光束照射所述待检测液体时，基于所述光带获取所述待检测液体对应的初始悬浮物颗粒图像集，以及将所述初始悬浮物颗粒图像集发送至所述数据处理装置；

所述数据处理装置，用于基于所述初始悬浮物颗粒图像集，经过预设处理方法和预设计算方法，得到所述待检测液体的水质检测结果。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光源组件，包括：半导体激光器、激光调整透镜组、光束反射镜和光束发射组件，所述光束发射组件由透明玻璃构成；

所述半导体激光器，用于产生所述激光光束，并将所述激光光束发射至所述激光调整透镜组；

所述激光调整透镜组，用于基于预设需求对所述激光光束的形状进行调整，得到截面形状为矩形的第一目标光束，以及将所述第一目标光束发射至所述光束反射镜；

所述光束反射镜，用于改变所述第一目标光束的方向，并将改变方向后的所述第一目标光束经过所述光束发射组件发射至所述待检测液体，并利用丁达尔效应在所述待检测液体中形成与所述图像采集装置的轴线垂直的所述光带。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图像采集装置，包括：图像检测组件、镜头组件和图像传感器，所述图像检测组件由减光片构成；

所述图像检测组件，用于接收所述激光光束照射所述待检测液体时所述光带内悬浮物颗粒散射形成的散射光；

所述镜头组件，用于对所述散射光进行聚焦，并基于聚焦后的所述散射光，在所述图像传感器中成像并得到所述初始悬浮物颗粒图像集。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据处理装置，包括：第一处理模块和第二处理模块；

所述第一处理模块，用于基于所述初始悬浮物颗粒图像集，经过所述预设处理方法和所述预设计算方法，得到所述待检测液体的悬浮物颗粒浓度值；

所述第二处理模块，用于基于所述初始悬浮物颗粒图像集，经过所述预设处理方法和所述预设计算方法，得到所述待检测液体的流速值。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一处理模块，包括：处理子模块、检测与识别子模块和第一计算子模块；

所述处理子模块，用于基于所述初始悬浮物颗粒图像集，经过预设图像处理方法，得到目标悬浮物颗粒图像集，以及将所述目标悬浮物颗粒图像集发送至所述检测与识别子模块；

所述检测与识别子模块，用于基于所述目标悬浮物颗粒图像集，经过轮廓检测法和连通域法处理，得到每个目标悬浮物颗粒图像中的悬浮物颗粒数值，以及将每个所述悬浮物颗粒数值发送至所述第一计算子模块；

所述第一计算子模块，用于基于每个所述悬浮物颗粒数值，计算所述待检测液体的悬浮物颗粒浓度值。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第二处理模块，包括：获取子模块和第二计算子模块；

所述获取子模块，用于获取所述初始悬浮物颗粒图像集中每两个相邻初始悬浮物颗粒图像中悬浮物颗粒的位置变化，以及将所述位置变化发送至所述第二计算子模块；

所述第二计算子模块，用于基于所述位置变化计算每个悬浮物颗粒的位移，以及基于每个所述位移计算所述待检测液体的所述流速值。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，

所述获取子模块，还用于获取所述初始悬浮物颗粒图像集中采集每个所述初始悬浮物颗粒图像的曝光时间和每个所述初始悬浮物颗粒图像中所述悬浮物颗粒的拖尾长度，以及将所述曝光时间和所述拖尾长度发送至所述第二计算子模块；

所述第二计算子模块，还用于基于每个所述曝光时间、每个所述拖尾长度和每个所述位移，计算所述待检测液体的所述流速值。

8.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：光束强度检测装置和控制装置；

所述光束强度检测装置，用于检测经过所述待检测液体的所述激光光束的透射光强度值，并将所述透射光强度值发送至所述控制装置；

所述控制装置，用于接收所述半导体激光器发射的所述激光光束的发光强度值，以及基于所述透射光强度值和所述发光强度值控制所述半导体激光器的发光强度。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述光束强度检测装置，包括：光强检测组件、光强反射镜、光强检测透镜组和光强传感器，所述光强检测组件由减光片构成；

所述光强检测组件，用于接收所述激光光束经过所述待检测液体后形成的第二目标光束，以及将所述第二目标光束经过所述光强反射镜发射至所述光强检测透镜组；

所述光强检测透镜组，用于对所述第二目标光束的形状和光路进行调整，得到透射光束，并将所述透射光束发射至所述光强传感器；

所述光强传感器，用于检测所述透射光束的所述透射光强度值。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，

所述控制装置，还用于接收所述数据处理装置发送的所述初始悬浮物颗粒图像集中每个所述初始悬浮物颗粒图像的曝光时间和曝光时长，以及基于每个所述曝光时间和所述曝光时长控制所述半导体激光器的发光时间。

11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

数据传输装置，用于接收所述数据处理装置发送的所述初始悬浮物颗粒图像集和所述水质检测结果，并将所述初始悬浮物颗粒图像集和所述水质检测结果发送至对应的用户。

12.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：防水外壳和防水连接器。

13.一种水质检测方法，用于如权利要求1至12中任一项所述的水质检测系统；其特征在于，所述方法包括：

利用所述水质检测系统中光源组件产生激光光束，并当所述激光光束照射待检测液体时，利用丁达尔效应在所述待检测液体中形成与所述水质检测系统中图像采集装置的轴线垂直的光带；

基于所述光带并利用所述图像采集装置获取所述待检测液体对应的初始悬浮物颗粒图像集；

利用所述水质检测系统中数据处理装置对所述初始悬浮物颗粒图像集进行处理，得到所述待检测液体的水质检测结果。

14.一种水质检测装置，用于如权利要求1至12中任一项所述的水质检测系统；其特征在于，所述装置包括：

产生与形成单元，用于利用所述水质检测系统中光源组件产生激光光束，当所述激光光束照射所述待检测液体时，利用丁达尔效应在所述待检测液体中形成与所述水质检测系统中图像采集装置的轴线垂直的光带；

获取单元，用于利用所述图像采集装置获取所述待检测液体对应的初始悬浮物颗粒图像集；

处理单元，用于利用所述水质检测系统中数据处理装置对所述初始悬浮物颗粒图像集进行处理，得到所述待检测液体的水质检测结果。

15.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机指令，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求13所述的水质检测方法。