CN117635734A - 基于图像处理的废水色度在线识别系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于图像处理的废水色度在线识别系统及方法，包括图像采集模块、信号传输模块以及分析显示模块；所述图像采集模块，用于采集废水图像信息；所述分析显示模块，用于接收废水图像信息，进行废水图像分析，显示废水色度识别结果；所述信号传输模块，用于将图像采集模块采集的废水图像信息传输给分析显示模块。本发明能够在线快速准确测量废水色度，为前处理工序段的药剂投加提供了数据指导。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理领域，具体涉及一种基于图像处理的废水色度在线识别系统及方法。
背景技术
在含有重金属离子的表面废水处理领域，废水的色度常常是重要的中间反应过程参数，反映着废水中重金属离子的整体含量情况，如含铬废水在还原后呈现浅绿色，色度越深表明水体中总铬浓度越高。
目前，主要是通过离线的方式，利用色度仪或通过测量水样在不同波长下的吸收度来计算色度值、或通过标准比色来确定色度值，这种离线方式需要人工参与采样测量，且在较为恶劣的环境下较为不便，存在人工测量时间长、测量准确性差的问题。因此，为解决以上问题，需要一种新的废水色度在线识别系统及方法，能够在线快速准确测量废水色度，为前处理工序段的药剂投加提供了数据指导。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供基于图像处理的废水色度在线识别系统及方法，能够在线快速准确测量废水色度，为前处理工序段的药剂投加提供了数据指导。
本发明的基于图像处理的废水色度在线识别系统，包括图像采集模块、信号传输模块以及分析显示模块；
所述图像采集模块，用于采集废水图像信息；
所述分析显示模块，用于接收废水图像信息，进行废水图像分析，显示废水色度识别结果；
所述信号传输模块，用于将图像采集模块采集的废水图像信息传输给分析显示模块。
进一步，所述图像采集模块包括工业相机、主动增光光源、遮光板、白色背板及比色卡；所述工业相机用于拍摄废水图像。
进一步，所述分析显示模块包括服务器以及显示设备。
进一步，所述信号传输模块包括光电转换器以及光纤。
进一步，所述比色卡可根据监测到的废水色度情况进行调整。
一种基于图像处理的废水色度在线识别方法，利用所述的废水色度在线识别系统，包括如下步骤：
S1.采集废水水下图像，建立图像数据库，并测定不同废水水下图像对应的色度；
S2.计算水下图像的像素分布直方图并进行快速傅立叶变换处理，得到处理后的图像，将处理后的图像与浑浊阈值进行比较，若超过浑浊阈值，是则输出浑浊信号，停止本轮计算，并返回步骤S1；若否，则进入步骤S3；
S3.对处理后的图像进行图像边缘检测，若检测到除背景比色卡以外的图像边缘，则判定为有悬浮物，输出悬浮物信号，并进入步骤S4；若否，则进入步骤S5；
S4.提取水下图像的RGB像素矩阵，将步骤S3中悬浮物所在图像位置的RGB像素矩阵中像素设置为0，进入步骤S5；
S5.提取水下图像特征，检测白色背板与比色卡特征变化，通过步骤S1中测定的对应色度，建立图像特征值与色度对应模型；
S6.对待测废水水下图像，按照步骤S2～S4进行执行，将得到的待测废水水下图像对应的图像特征值输入到图像特征值与色度对应模型，输出色度检测结果。
进一步，采用Sobel、Prewitt以及Canny中的一种或多种算子对处理后的图像进行图像边缘检测。
进一步，通过颜色矩提取水下图像特征。
本发明的有益效果是：本发明公开的一种基于图像处理的废水色度在线识别系统及方法，通过搭建简易的图像采集及识别装置，能够简便地实现对废水处理过程中的色度识别，同时实时图像的显示便于观察水体情况、通过肉眼识别水体浑浊度。利用色度和浑浊度信息可以有效地反应中间过程的反应情况，从而指导前处理工序段的药剂投加，进而实现处理效果稳定、减少药剂量的目的。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明的废水色度在线识别系统结构示意图；
图2为本发明的废水色度在线识别方法原理示意图；
图3为本发明的图像特征值与色度对应模型计算的色度与实际色度的对比效果示意图；
其中，1-工业相机，2-遮光板，3-白色背板，4-比色卡，5-信号传输模块，6-服务器，7-显示设备。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明，如图所示：
本发明的基于图像处理的废水色度在线识别系统，包括图像采集模块、信号传输模块5以及分析显示模块；
所述图像采集模块，用于采集废水图像信息；
所述分析显示模块，用于接收废水图像信息，进行废水图像分析，显示废水色度识别结果；
所述信号传输模块5，用于将图像采集模块采集的废水图像信息传输给分析显示模块。
本实施例中，如图1所示，所述图像采集模块包括工业相机1、主动增光光源、遮光板2、白色背板3及比色卡4；所述工业相机1用于拍摄废水图像。
通过设置遮光板2，防止或减轻光源对图像产生的影响，提高拍摄图像的质量和稳定性。
通过利用白色背板3进行图像采集，可以获取相机系统在白平衡和亮度方面的参考基准，有助于在图像中去除背景噪声或其他干扰，使得后续的特征提取更为准确，通过对比图像中的对象与白色背板3，可以更容易地识别和分离感兴趣的区域。
通过检测比色卡4上的颜色，可以调整图像的颜色平衡，确保图像中的颜色与实际场景中的颜色一致。比色卡4上的各种颜色块提供了用于图像特征提取的参考标准，可以识别比色卡4中的各个颜色块，并基于这些颜色块的位置和特征进行进一步的分析和处理。
本实施例中，所述分析显示模块包括服务器6以及显示设备7。所述服务器6可以用于图像分析、图像数据库的建立、图像特征值与色度对应模型的构建；所述显示设备7用于显示分析结果、色度检测结果。
本实施例中，所述信号传输模块5包括光电转换器以及光纤。其中，光电转换器用于将相机或光学传感器采集的图像光信号转换为电信号；光纤作为传输媒介，负责将光电转换器中获得的图像数据通过光信号传输到分析显示模块。
本实施例中，所述比色卡4可根据监测到的废水色度情况进行调整。具体地，比色卡4根据监测废水色度情况，可进行调整，默认设置为红、黄、蓝、绿基色。
本发明还涉及了一种基于图像处理的废水色度在线识别方法，利用上述实施例所述的废水色度在线识别系统，结合图2，包括如下步骤：
S1.采集废水水下图像，建立图像数据库，并测定不同废水水下图像对应的色度；其中，使用测量原理符合GB/T5750.4-2006中规定的水质色度的测定方法的色度分析仪测定不同废水水下图像对应的色度；比如测得色度值在5～40之间；
S2.计算水下图像的像素分布直方图并进行快速傅立叶变换处理，得到处理后的图像，将处理后的图像与浑浊阈值进行比较，若超过浑浊阈值，是则输出浑浊信号，停止本轮计算，并返回步骤S1；若否，则进入步骤S3；其中，浑浊阈值可以根据废水特质存在的差异化表征，结合实际工况进行设定；
通过计算图像的像素分布直方图，可以获取到二值化图像，通过二值化处理，将图像中的像素值转换为只有两个值，通常是0和255，使得图像变为黑白两色，达到简化图像的目的，突出目标物体的形状和结构，减少图像中的细节和信息。通过快速傅立叶变换，来分析图像的频谱特性，有助于图像信号处理和滤波。
S3.对处理后的图像进行图像边缘检测，若检测到除背景比色卡4以外的图像边缘，则判定为有悬浮物，输出悬浮物信号，并进入步骤S4；若否，则进入步骤S5；其中，采用Sobel、Prewitt以及Canny中的一种或多种算子对处理后的图像进行图像边缘检测。
S4.提取水下图像的RGB像素矩阵，将步骤S3中悬浮物所在图像位置的RGB像素矩阵中像素设置为0，进入步骤S5；
S5.提取水下图像特征，检测白色背板3与比色卡4特征变化，通过步骤S1中测定的对应色度，建立图像特征值与色度对应模型；其中，通过颜色矩提取水下图像特征，颜色矩是一种用于描述图像颜色分布的统计特征，比如，HSV颜色矩模型是基于色调(H)、饱和度(S)、明度(V)的图像表示；图像特征值与色度对应模型计算的色度与实际色度的对比效果，如图3所示；
S6.对待测废水水下图像，按照步骤S2～S4进行执行，将得到的待测废水水下图像对应的图像特征值输入到图像特征值与色度对应模型，输出色度检测结果。
本发明的废水色度在线识别系统及方法，用于识别反应中间过程废水色度、浑浊度情况，可以同时观察水体浑浊度与色度情况，系统搭建简易、容易操作，稳定度较高，为前处理工序段的药剂投加提供了技术指导。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种基于图像处理的废水色度在线识别系统，其特征在于：包括图像采集模块、信号传输模块以及分析显示模块；
所述图像采集模块，用于采集废水图像信息；
所述分析显示模块，用于接收废水图像信息，进行废水图像分析，显示废水色度识别结果；
所述信号传输模块，用于将图像采集模块采集的废水图像信息传输给分析显示模块。
2.根据权利要求1所述的基于图像处理的废水色度在线识别系统，其特征在于：所述图像采集模块包括工业相机、主动增光光源、遮光板、白色背板及比色卡；所述工业相机用于拍摄废水图像。
3.根据权利要求1所述的基于图像处理的废水色度在线识别系统，其特征在于：所述分析显示模块包括服务器以及显示设备。
4.根据权利要求1所述的基于图像处理的废水色度在线识别系统，其特征在于：所述信号传输模块包括光电转换器以及光纤。
5.根据权利要求2所述的基于图像处理的废水色度在线识别系统，其特征在于：所述比色卡可根据监测到的废水色度情况进行调整。
6.一种基于图像处理的废水色度在线识别方法，其特征在于：利用权利要求1-5任一所述的废水色度在线识别系统，包括如下步骤：
S1.采集废水水下图像，建立图像数据库，并测定不同废水水下图像对应的色度；
S2.计算水下图像的像素分布直方图并进行快速傅立叶变换处理，得到处理后的图像，将处理后的图像与浑浊阈值进行比较，若超过浑浊阈值，是则输出浑浊信号，停止本轮计算，并返回步骤S1；若否，则进入步骤S3；
S3.对处理后的图像进行图像边缘检测，若检测到除背景比色卡以外的图像边缘，则判定为有悬浮物，输出悬浮物信号，并进入步骤S4；若否，则进入步骤S5；
S4.提取水下图像的RGB像素矩阵，将步骤S3中悬浮物所在图像位置的RGB像素矩阵中像素设置为0，进入步骤S5；
S5.提取水下图像特征，检测白色背板与比色卡特征变化，通过步骤S1中测定的对应色度，建立图像特征值与色度对应模型；
S6.对待测废水水下图像，按照步骤S2～S4进行执行，将得到的待测废水水下图像对应的图像特征值输入到图像特征值与色度对应模型，输出色度检测结果。
7.根据权利要求1所述的基于图像处理的废水色度在线识别方法，其特征在于：采用Sobel、Prewitt以及Canny中的一种或多种算子对处理后的图像进行图像边缘检测。
8.根据权利要求6所述的基于图像处理的废水色度在线识别方法，其特征在于：通过颜色矩提取水下图像特征。
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