基于光学的水体浓度场测量方法与流程

本发明涉及水体浓度场测量方法的技术领域，尤其涉及基于光学的水体浓度场测量方法。

背景技术：

研究环境污染问题，人们最关心的是污染物在空间的分布，水体中污染物浓度场是衡量水体被污染程度的重要指标，或者，在运用物理模型的方法进行水力学和水生态等科学研究时，测量水体中物质的浓度及分布至关重要，因此，水体浓度场测量方法成为当前环境工作者研究的热点之一。

现有技术中，仍缺乏测量水体浓度场的有效手段，传统的单点测量方法则容易影响流态，且较难实现水体浓度场的测量。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供基于光学的水体浓度场测量方法，旨在解决现有技术中难以实现对水体浓度场测量方法的问题。

本发明是这样实现的，基于光学的水体浓度场测量方法，包括以下步骤：

1)、率定标准浓度折射表；

2)、将待测量的水体置于透明的水箱中，所述水箱的一透明侧壁形成照射侧壁，所述水箱的另一透明侧壁形成拍摄侧壁，在所述水箱的照射侧壁上设有沿所述水箱纵向延伸布置的格栅板，所述格栅板形成有多个沿所述水箱纵向间隔布置平行布置的水平格栅缝隙，且相邻的所述水平格栅缝隙之间形成水平遮光板；

3)、在所述水箱的照射侧壁外利用平行光源发出的平行光线照射所述水箱的照射侧壁，平行光线穿过多个所述水平格栅缝隙以及水体，照射至所述水箱的拍摄侧壁；在所述水箱的拍摄侧壁外布置摄像机，利用摄像机拍摄所述水箱的拍摄侧壁，形成分析图像；

4)、对分析图像进行图像处理以及投影直线拟合，并根据以下公式计算穿过所述水平格栅缝隙中的平行光线的折射率：

其中，δh是透过所述水平格栅缝隙的平行光线在纵向的偏移量，width是所述的宽度；

5)、根据步骤4)计算出来的折射率，对应步骤1)中的标准浓度折射表，得到对应水体浓度的分层测量，进而求取整个水体浓度场的测量。

进一步地，在所述步骤1)中，通过配置多种标准浓度溶液，对多种所述标准浓度溶液进行浓度折射率率定，再进行曲线拟合，得到浓度折射率曲线，进而得到标准浓度折射率表。

进一步地，在所述水箱的照射侧壁外依序纵向布置多个所述水平光源。

进一步地，多个所述水平光源依序与多个所述水平格栅缝隙正对齐布置。

进一步地，所述摄像机位于所述水箱的拍摄侧壁的上方，且朝外偏离所述水箱的拍摄侧壁布置。

进一步地，在所述步骤4)中，对所述摄像机拍摄的分析图像进行图像处理包括依序对所述分析图像进行图像去噪、图像二值化以及图像hough变换。

进一步地，经过图像处理后的分析图像再进行投影直线拟合。

与现有技术相比，本发明提供的水体浓度场测量方法是基于光学反应，通过预先率定标准浓度折射表，通过平行光源发处的平行光线照射在照射侧壁的多个水平格栅缝隙中，多个穿过水平格栅缝隙的平行光线在穿过水体中发生折射，再利用摄像机拍摄平行光线在拍摄侧壁形成的图像，形成分析图像，利用对分析图像处理，计算出平行光线的折射率，进而利用与标准浓度折射表对比，得到水体的分层浓度，进而可以得到水体浓度场。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于光学的水体浓度场测量方法的标准浓度折射表率定流程；

图2是本发明实施例提供的基于光学的水体浓度场测量方法的测量流程；

图3是本发明实施例提供的基于光学的水体浓度场测量结构的简易示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体附图对本发明的实现进行详细的描述。

参照图1～3所示，为本发明提供的较佳实施例。

本实施例提供的基于光学的水体浓度场测量方法，用于对各种水体的浓度场进行测量，例如可以是被污染物污染的水体，也可以是其他一些加入特定物质的水体等等，不仅限制于某种运用的水体。

基于光学的水体浓度场测量方法，具体如下步骤：

1)、参照图1所示，率定标准浓度折射表；

2)、参照图3所示，将待测量的水体置于透明的水箱11中，水箱11的一透明侧壁形成照射侧壁，水箱11的另一透明侧壁形成拍摄侧壁111，在水箱11的照射侧壁上设有沿水箱11纵向延伸布置的格栅板，该格栅板形成有多个沿水箱11纵向间隔布置平行布置的水平格栅缝隙113，且水平格栅缝隙113之间形成水平遮光板112；当然，水平格栅缝隙113可以供光线穿过，在水平遮光板112的遮挡下，光线则不能穿过水平遮光板112。

3)、参照图3所示，在水箱11的照射侧壁外利用平行光源13发出的平行光线照射透明水箱11的照射侧壁，平行光线穿过照射侧壁的多个水平格栅缝隙113，且由于不同浓度的水体对光线的折射率不同，这样，穿过多个水平格栅缝隙113中的光线的折射则对应不同；在水箱11的拍摄侧壁111外布置摄像机12，利用摄像机12拍摄水箱11的透明的拍摄侧壁111，形成分析图像；

4)、对分析图像进行图像处理以及投影直线拟合，并根据以下公式计算照射在水平格栅缝隙113中的平行光线的折射率：

其中，δh是透过水平格栅缝隙113的平行光线在纵向的偏移量，width是指水箱11的宽度；

5)、根据步骤4)计算出来的折射率，对应步骤1)中的标准浓度折射表，则可以得到对应水体浓度的分层测量，进而可以求取整个水体浓度场的测量。

上述提供的水体浓度场测量方法是基于光学反应，通过预先率定标准浓度折射表，通过平行光源13发处的平行光线照射在照射侧壁的多个水平格栅缝隙113中，多个穿过水平格栅缝隙113的平行光线在穿过水体中发生折射，再利用摄像机12拍摄平行光线在拍摄侧壁111形成的图像，形成分析图像，利用对分析图像处理，计算出平行光线的折射率，进而利用与标准浓度折射表对比，得到水体的分层浓度，进而可以得到水体浓度场。

在上述步骤1)中，通过配置多种标准浓度溶液，对各种标准浓度溶液进行浓度折射率率定，再进行曲线拟合，得到浓度折射率曲线，进而得到标准浓度折射率表。

在步骤2)中，根据实际需要，可以适当调节水平格栅缝隙113以及水平遮光板112的宽度，进而针对实际需要测量水体的需要，进行水体浓度测量。一般情况下，可以选择1mm宽的水平格栅缝隙113以及5mm的水平遮光板112，目的是使平行光线从水平格栅缝隙113中穿过，而不穿过水平遮光板112。

在步骤3)中，利用多个依序纵向布置的平行光源13，形成面光源，该面光源发出呈纵向布置的平行光线，进而可以实现对应每个水平格栅缝隙113，都有平行光线穿过。

具体地，多个平行光源13依序与多个水平格栅缝隙113正对齐布置，这样，保证平行光线可以准确穿过水平格栅缝隙113。

另外，当需要对流动以及较长距离的水体进行浓度测量时，则可以通过多个水箱11依序横向连接的方式。

在步骤3)中，摄像机12处于水箱11的拍摄侧壁111的上方，且朝外偏离水箱11的拍摄侧壁111，这样，摄像机12朝下倾斜拍摄水箱11的拍摄侧壁111。

本实施例中，在步骤4)中，对摄像机12拍摄的分析图像进行图像处理包括依序对分析图像进行图像去噪、图像二值化以及图像hough变换，经过图像处理后的分析图像再进行投影直线拟合。

以上所述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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。