一种基于机器视觉的水位和水质监测终端制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于机器视觉的水位和水质监测终端，包括：浮子，位于浮子的正上方设有适于拍摄浮子影像的第一摄像头，位于水面上方设有适于拍摄水面影像的第二摄像头，第一、第二摄像头输出的相应视频信号输入至视频采集模块，与视频采集模块相连的处理器，该处理器适于计算出浮子影像的面积像素以得到第一摄像头与浮子的间距，摄像装置的安装高度减去所述间距以获得水位值，并对水面影像进行灰度处理以得出水质情况。本实用新型专利技术利用了视觉图像处理技术，将图像视觉技术应用与水位、水质监测领域，通过图像视觉技术测量视频中的浮子影像面积，根据影像面积的大小换算成浮子与摄像头之间的距离以得到水位数值，并且得到水质信息。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种电子测量领域，尤其涉及一种图像视觉处理技术实现水位和水质监测装置。
技术介绍
在现有技术的水位测量方法中，浮子式水位计在水情监测中的应用最为普遍。将浮子用线垂直挂在一个滑轮上，浮子放在水面上，就会随着水位的高低而产生上下的位移。通过测量浮子和指定点的距离，再通过一定的计算，就可以得到当前的水位了。浮子水位计需要专用的测井，它的缺点就是安装较复杂，同时如果水流含泥沙较重，经过一段时间的运行，测井的进水管就会产生淤积的现象，易形成假水位。压力式水位计是根据压力与水深成正比关系的静水压力原理，运用压敏元件作传感器，在不同的水深感应不同压力产生相应的电流而测出相应水位的高低，这种方式解决了浮子式水位计的缺点，但无法达到很高的精度，且易被环境温度和液体密度变化影响。气介式或液介式超声波式水位计应用超声波反射的原理来测量水位。超声波在介质中以一定速度传播，当遇到不同密度的介质分界面时，超声波立即发生反射。液介式是将换能器安装在河底，垂直向水面发射超声波；气介式是将换能器固定在空气中某一高处，向水面发射超声波。两种形式均不需建测井。液介式易受水温、水压及水中浮悬粒子浓度影响，气介式易受气温影响，其优点是不受水中水草、泥沙等影响。这种方法有其先进性，但成本较高。并且现有的水位监测装置往往只能单独的检测水位，无法检测水质，需要另外采用水质监测装置来实现，如何实现同时测量水位和水质是本领域的技术难题。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是提供一种适于同时进行水位和水质测量的基于机器视觉的水位和水质监测终端。为了解决上述技术问题，本技术提供了一种基于机器视觉的水位和水质监测终端，包括:浮子，位于所述浮子的正上方设有适于拍摄浮子影像的第一摄像头，位于水面上方设有适于拍摄水面影像的第二摄像头，所述第一摄像头和第二摄像头输出的相应视频信号输入至视频采集模块，与所述视频采集模块相连的处理器，该处理器适于计算出所述浮子影像的面积像素以得到所述第一摄像头与浮子的间距，所述摄像装置的安装高度减去所述间距以获得水位值，并对所述水面影像进行灰度处理以得出水质情况。进一步，为了便于显示具体的水位和水质数据，或者可以连接与电脑进行数据分析，所述基于机器视觉的水位和水质监测终端还包括:适于显示水位值和水质情况的显示模块，适于与计算机通讯的通信模块，处理器与所述显示模块和通信模块相连。进一步，为了防止周围光线对镜头取景产生的光线影响，隔离可见光，所述第一摄像头、第二摄像头的镜头装有红外滤光镜。进一步，在所述第一摄像头、第二摄像头的镜头周围分布有LED照明装置。进一步，所述处理器为FPGA模块或者DSP模块。本技术的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:本技术利用了视觉图像处理技术，将图像视觉技术应用与水位、水质监测领域，通过图像视觉技术测量视频中的浮子影像面积，根据影像面积的大小换算成浮子与摄像头之间的距离以得到水位数值，并且还可以得到水质信息，无需昂贵的水位传感器和繁琐的水质监测，使用方便。附图说明为了使本技术的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本技术作进一步详细的说明，其中图1为本技术的基于机器视觉的水位和水质监测终端的结构示意图。其中，浮子1，水面2。具体实施方式以下结合附图及实施例对本专利技术进行详细说明:见图1，一种基于机器视觉的水位和水质监测终端，包括:浮子1，位于所述浮子I的正上方设有适于拍摄浮子I影像的第一摄像头，位于水面2上方设有适于拍摄水面影像的第二摄像头，所述第一摄像头和第二摄像头输出的相应视频信号输入至视频采集模块，与所述视频采集模块相连的处理器，该处理器适于计算出所述浮子影像的面积像素以得到所述第一摄像头与浮子I的间距，所述摄像装置的安装高度减去所述间距以获得水位值，并对所述水面影像进 行灰度处理以得出水质情况。所述基于机器视觉的水位和水质监测终端还包括:适于显示水位值和水质情况的显示模块，适于与计算机通讯的通信模块，处理器与所述显示模块和通信模块相连。所述第一摄像头、第二摄像头的镜头装有红外滤光镜。在所述第一摄像头、第二摄像头的镜头周围分布有LED照明装置。所述处理器为FPGA模块或者DSP模块。水位测量基本原理是根据物体在眼中的成像原理；S卩，目标越远，看着就越小，对于摄像头、照相机拍摄的视频、图片，同样是如此。那么，将一个浮子I放在水面2上，将第一摄像头固定在水面2上方某个位置垂直向下拍摄浮子I。随着水位的上下变化，浮子I也会上下移动，继而与第一摄像头的相对距离也发生了变化，这种变化在所拍的视频图像中体现为浮子I所占画面面积大小的变化。因此，通过计算图像中浮子I面积的大小，可以判断出浮子I与第一摄像头的相对距离，由于第一摄像头位置是固定的，因而可换算出水位。本技术采用MATLAB函数对第一摄像头拍摄的浮子影像进行阈值分割处理，其步骤如下:I=imread( ‘image.jpg’)； ％打开待处理图片imshow(I) ;% 显不该图片Inew=im2bw(I, x/255) ;%根据阈值x进行图像二值化，划分目标与背景Figure; imshow(Inew) ;% 显示二值化后的结果通过上述步骤得到浮子I的影像面积，设该影像面积为白色，背景为黑色。为了计算出白色部分的面积,可调用MATLAB库函数bwarea。Bwarea函数并非简单计算非O像素的数目，它还对不同像素赋予不同的权限，以补偿由于用离散数据表示连续图像所带来的误差。如一条50点长的对角线要比50点长的水平线长，因此，bwarea函数返回的50点长的水平线面积是50，而50点长的对角线面积返回的是62.5。采用bwarea进行面积计算的步骤如下:Number=bwarea (Inew)；Number计算出白色部分的像素点，即所述浮子影像的面积像素，并与存储在处理器内的距离与像素点对应列表相比较，如表I所示:权利要求1.一种基于机器视觉的水位和水质监测终端，包括:浮子，其特征在于包括:位于所述浮子的正上方设有适于拍摄浮子影像的第一摄像头，位于水面上方设有适于拍摄水面影像的第二摄像头，所述第一摄像头和第二摄像头输出的相应视频信号输入至视频采集模块，与所述视频采集模块相连的处理器。2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的水位和水质监测终端，其特征在于还包括:适于显示水位值和水质情况的显示模块，适于与计算机通讯的通信模块，处理器与所述显示模块和通信模块相连。3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的水位和水质监测终端，其特征在于，所述第一摄像头、第二摄 像头的镜头装有红外滤光镜。4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的水位和水质监测终端，其特征在于，在所述第一摄像头、第二摄像头的镜头周围分布有LED照明装置。5.根据权利要求4所述的基于机器视觉的水位和水质监测终端，其特征在于，所述处理器为FPGA模块或者DSP模块。专利摘要本技术涉及一种基于机器视觉的水位和水质监测终端，包括浮子，位于浮子的正上方设有适于拍摄浮子影像的第一摄像头，位于水面上方设有适于拍摄水面影像的第二摄像头，第一、第二摄像头输出的相应视频信号输入至视频采集模块，与视频采集模块相连的处理器，该处理器适于计算出浮子影本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于机器视觉的水位和水质监测终端，包括：浮子，其特征在于包括：位于所述浮子的正上方设有适于拍摄浮子影像的第一摄像头，位于水面上方设有适于拍摄水面影像的第二摄像头，所述第一摄像头和第二摄像头输出的相应视频信号输入至视频采集模块，与所述视频采集模块相连的处理器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张学武，周卓贇，孙浩，张卓，李敏，范新南，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：实用新型
国别省市：