本發(fā)明涉及一種電子測(cè)量領(lǐng)域，尤其涉及一種圖像視覺(jué)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)水位和水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置。

背景技術(shù)：
現(xiàn)有的水位監(jiān)測(cè)裝置只能單獨(dú)的檢測(cè)水位或水質(zhì)，即無(wú)法實(shí)施水位、水質(zhì)同時(shí)監(jiān)測(cè)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種適于進(jìn)行水質(zhì)測(cè)量的水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置，該水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置采用灰度檢測(cè)原理進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)，即對(duì)拍攝的水面影像進(jìn)行灰度處理得到該水面影像的灰度值以獲得水質(zhì)情況。本發(fā)明提供了一種水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置，包括：使用時(shí)上下分布的測(cè)量管，其下端口上設(shè)有照明裝置并在使用時(shí)進(jìn)入水面，測(cè)量管的上端口處設(shè)一攝像機(jī)，該攝像機(jī)適于拍攝所述測(cè)量管內(nèi)的水面影像；數(shù)字圖像采集單元，與所述攝像機(jī)相連，適于將采集得的圖像變換為數(shù)字圖像；與所述數(shù)字圖像采集單元相連的計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)有第一樣本數(shù)據(jù)，所述第一樣本數(shù)據(jù)適于記錄各種水質(zhì)的灰度值；所述第一樣本數(shù)據(jù)是由所述水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置對(duì)已知的、不同水質(zhì)的水進(jìn)行逐一測(cè)量而獲得；所述計(jì)算機(jī)適于對(duì)所述數(shù)字圖像進(jìn)行灰度處理，以獲得所述水面影像的灰度值，該灰度值與第一樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)得出水質(zhì)情況。所述計(jì)算機(jī)為PC機(jī)。作為一種優(yōu)選，所述測(cè)量管為錐形管，開(kāi)口較小的一端處于上方，以減少攝像機(jī)獲得的影像中測(cè)量管的內(nèi)壁所占整個(gè)圖像的比例，以提高灰度處理的可靠性。進(jìn)一步，為了避免拍攝時(shí)環(huán)境光線對(duì)水面影像的影響，所述測(cè)量管的內(nèi)壁上設(shè)有適于吸收光線的涂層。進(jìn)一步，為了避免拍攝時(shí)水底環(huán)境光線對(duì)水面影像的影響，并在不拍攝時(shí)保持水流暢通，以使所述測(cè)量管內(nèi)的水質(zhì)與實(shí)際水質(zhì)一致，所述測(cè)量管在位于水面下方的管壁上分布有多個(gè)通孔，且該測(cè)量管的底端封閉，以防止雜光進(jìn)入測(cè)量管內(nèi)；在水面下方的管體上套設(shè)一分布有通孔的套管；所述套管與一適于驅(qū)動(dòng)該套管繞所述測(cè)量管轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)連接，該轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由一與所述攝像機(jī)相連的控制器控制，在不拍攝水面影像時(shí)，控制所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)套管旋轉(zhuǎn)以使所述測(cè)量管上的通孔和套管上的通孔分別相對(duì)，以使水流適于進(jìn)出所述測(cè)量管；在拍攝水面影像時(shí)，控制所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)套管旋轉(zhuǎn)以使所述測(cè)量管上的通孔和套管上的通孔彼此錯(cuò)開(kāi)，以防止外部光線進(jìn)入所述測(cè)量管。進(jìn)一步，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)所述水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置的水位測(cè)量，所述測(cè)量管固定設(shè)置；攝像機(jī)采用定焦廣角鏡頭，或定焦鏡頭。所述計(jì)算機(jī)還存儲(chǔ)有第二樣本數(shù)據(jù)，該第二樣本數(shù)據(jù)適于記錄所述測(cè)量管內(nèi)的水面影像的像素值與攝像機(jī)距離水面高度的對(duì)應(yīng)表或計(jì)算式；所述計(jì)算機(jī)還適于計(jì)算出當(dāng)前拍攝的所述測(cè)量管內(nèi)的水面影像的像素值，并通過(guò)所述第二樣本數(shù)據(jù)得出當(dāng)前攝像機(jī)距離水面的高度，然后將所述攝像機(jī)的安裝高度減去所述攝像機(jī)距離水面的高度，即獲得水位值。作為進(jìn)一步優(yōu)選的實(shí)施方式，所述攝像機(jī)固定于所述測(cè)量管上，并使該測(cè)量管的上端口封閉，以避免外部光線從上端口進(jìn)入該測(cè)量管。為了使攝像機(jī)在拍攝時(shí)，更加容易區(qū)分水面影像的邊緣，所述測(cè)量管內(nèi)還包括白色的管內(nèi)浮子，該管內(nèi)浮子為具有垂向設(shè)置的中央通孔的柱狀結(jié)構(gòu)，所述攝像機(jī)構(gòu)適于拍攝所述中央通孔中的水面影像，且該管內(nèi)浮子適于隨水面在所述測(cè)量管內(nèi)上下浮動(dòng)。進(jìn)一步，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)所述水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置的水位測(cè)量，所述測(cè)量管的外圍設(shè)有適于使該測(cè)量管浮于水面的浮子;所述水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置還包括：柔性標(biāo)尺，該柔性標(biāo)尺的一端固定在水底，另一端與一適于收卷、拉緊該柔性標(biāo)尺的收卷裝置相連，該收卷裝置固定于所述測(cè)量管上；導(dǎo)向輪,設(shè)于所述測(cè)量管的內(nèi)壁上，在該測(cè)量管的內(nèi)壁上鄰近所述導(dǎo)向輪的上、下方分別設(shè)有與所述導(dǎo)向輪的輪軸平行的上、下導(dǎo)向桿，所述柔性標(biāo)尺適于分別從所述上、下導(dǎo)向桿與測(cè)量管的內(nèi)壁的間隙中穿過(guò)并貼合在所述導(dǎo)向輪的內(nèi)側(cè)輪面上，所述導(dǎo)向輪的頂部處于水面上方。采用柔性標(biāo)尺、適于使測(cè)量管豎直浮于水面上的浮子、導(dǎo)向輪等部件，使所述水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置可以漂浮在水面上，所述攝像機(jī)獲取鄰近所述導(dǎo)向輪的頂部的柔性標(biāo)尺的讀數(shù)，經(jīng)圖像識(shí)別、誤差校正后，獲得實(shí)際水位值。所述誤差校正的方法為：將通過(guò)圖像識(shí)別獲得的所述柔性標(biāo)尺的讀數(shù)，與預(yù)設(shè)的校正值相減，即得到實(shí)際水位值。所述預(yù)設(shè)的校正值通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得。本發(fā)明還提供了一種適于水位和水質(zhì)監(jiān)測(cè)的測(cè)量方法，該方法要解決的技術(shù)問(wèn)題是利用攝像機(jī)拍攝的水面影像進(jìn)行相應(yīng)處理以獲得水面影像的灰度值和面積像素值以得到相應(yīng)的水質(zhì)和水位情況。上述水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置的工作方法，包括如下步驟：（1）水面上固定有測(cè)量管，其下端口適于進(jìn)入水面，上端口處設(shè)一攝像機(jī)，該攝像機(jī)拍攝所述測(cè)量管內(nèi)的水面影像；（2）所述水面影像通過(guò)數(shù)字圖像采集單元轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像；（3）與所述數(shù)字圖像采集單元相連的計(jì)算機(jī)中存儲(chǔ)有第一、第二樣本數(shù)據(jù)，所述第一樣本數(shù)據(jù)適于記錄各種水質(zhì)的灰度值，所述第二樣本數(shù)據(jù)適于記錄所述測(cè)量管內(nèi)的水面影像的像素值與攝像機(jī)距離水面高度的對(duì)應(yīng)表或計(jì)算式；（4）所述計(jì)算機(jī)對(duì)所述數(shù)字圖像進(jìn)行灰度處理，以獲得所述水面影像的灰度值，該灰度值與第一樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，得出水質(zhì)情況；（5）所述計(jì)算機(jī)計(jì)算出當(dāng)前拍攝的所述測(cè)量管內(nèi)的水面影像的像素值，并通過(guò)所述第二樣本數(shù)據(jù)得出當(dāng)前攝像機(jī)距離水面的高度，然后將所述攝像機(jī)的安裝高度減去所述攝像機(jī)距離水面的高度，即獲得水位值。進(jìn)一步，為了更方便的提取出水面影像的面積像素值，所述步驟（5）包括：a：所述數(shù)字圖像經(jīng)灰度處理后，采用MATLAB函數(shù)進(jìn)行閾值分割處理以提取水面影像的邊緣；b：調(diào)用MATLAB庫(kù)函數(shù)bwarea，以計(jì)算邊緣提取后的水面影像的面積像素值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）本發(fā)明通過(guò)水面影像以獲得水質(zhì)的相應(yīng)情況，裝置簡(jiǎn)單，便于在野外或者無(wú)條件進(jìn)行水質(zhì)化驗(yàn)的情況下進(jìn)行便捷的水質(zhì)測(cè)量或預(yù)判，無(wú)需繁瑣步驟；（2）在封閉的測(cè)量管內(nèi)拍攝的水面影像不易收到外界光線的影響，測(cè)量更加準(zhǔn)確；（3）本發(fā)明在獲得水質(zhì)信息的同時(shí)，獲得圖像中的水面影像的大小，并根據(jù)預(yù)先測(cè)量得到的水面影像大小與攝像機(jī)之間的距離關(guān)系，以得到水位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了水位、水質(zhì)監(jiān)測(cè)，使用方便。附圖說(shuō)明為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，其中圖1本發(fā)明的水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、控制器、攝像機(jī)的連接示意圖；圖3本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的一種實(shí)施方式；圖4本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的另一種實(shí)施方式；圖5本發(fā)明的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的另一種實(shí)施方式中各限位桿的結(jié)構(gòu)俯視圖；圖6本發(fā)明的水位檢測(cè)系統(tǒng)的用于水位檢測(cè)部分的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式實(shí)施方式一如圖1，一種水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置，包括：測(cè)量管1，其下端口上設(shè)有照明裝置并在使用時(shí)該下端口適于整體進(jìn)入水面2，上端口處設(shè)一攝像機(jī)，該攝像機(jī)適于拍攝所述測(cè)量管1內(nèi)的水面影像2-1；數(shù)字圖像采集單元，與所述攝像機(jī)相連適于將采集圖像變換為數(shù)字圖像；與所述數(shù)字圖像采集單元相連的計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)有第一樣本數(shù)據(jù)，所述第一樣本數(shù)據(jù)適于記錄各種水質(zhì)的灰度值；所述第一樣本數(shù)據(jù)是由所述水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置對(duì)已知的、不同水質(zhì)的水進(jìn)行逐一測(cè)量而獲得；所述計(jì)算機(jī)適于對(duì)所述數(shù)字圖像進(jìn)行灰度處理，以獲得所述水面影像2-1的灰度值，該灰度值與第一樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)得出水質(zhì)情況。水質(zhì)檢測(cè)原理是利用不同水質(zhì)相應(yīng)的灰度值樣本與待檢測(cè)的水面影像的灰度值進(jìn)行比較，即計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)有不同水質(zhì)的各灰度值樣本，即第一樣本數(shù)據(jù)。采用MATLAB庫(kù)函數(shù)對(duì)所述水面影像2-1進(jìn)行相應(yīng)灰度值處理，步驟如下：I=imread(‘image.jpg’);%打開(kāi)待處理圖片（8位灰度）imshow(I);%顯示該圖片C=mean2(I);%計(jì)算圖像像素矩陣的平均值通過(guò)mean2函數(shù)就可以計(jì)算出所述水面影像2-1的灰度值。表1是各種水質(zhì)的平均灰度值，即第一樣本數(shù)據(jù)：按照一般常識(shí)，這些水樣本的水質(zhì)優(yōu)劣可以這樣排列：純凈水>綠茶水>游泳池水>河水>混有泥漿的水>被染料污染的水>工業(yè)廢水≈墨汁水，當(dāng)水體采樣圖像灰度值（亮度值）越小時(shí)，可認(rèn)為其水質(zhì)越差，反之亦然。因而在水質(zhì)檢測(cè)時(shí)，可以通過(guò)對(duì)水體總體灰度的計(jì)算得出相應(yīng)的水質(zhì)結(jié)論，還可以通過(guò)樣本提取、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模式識(shí)別等更高級(jí)的處理手段，做到檢測(cè)濁度等更細(xì)化的水質(zhì)指標(biāo)。例如，若檢測(cè)到的水面影像2-1的灰度為85，則得出該水質(zhì)與河水的水質(zhì)相當(dāng)。為了避免外界光線對(duì)水面影像2-1的影響，所述攝像機(jī)與上端口密封連接，所述測(cè)量管1的內(nèi)壁上設(shè)有適于吸收光線的黑色涂層。見(jiàn)圖2，為了進(jìn)一步避免水下光線對(duì)拍攝的影響，以提高拍攝的水面影像2-1的亮度、色度的準(zhǔn)確性，所述測(cè)量管1在位于水面2下方的管壁上分布有多個(gè)通孔，且該測(cè)量管1的底端封閉；在水面2下方的管體上套設(shè)一分布有通孔的套管8-1；所述套管8-1與一適于驅(qū)動(dòng)該套管8-1繞所述測(cè)量管1轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)連接，該轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)由一與所述攝像機(jī)相連的控制器控制，在不拍攝水面影像2-1時(shí)，控制所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)套管8-1旋轉(zhuǎn)以使所述測(cè)量管1上的通孔和套管8-1上的通孔吻合以適于水流流通；在拍攝水面影像2-1時(shí)，控制所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)套管8-1旋轉(zhuǎn)以使所述測(cè)量管1上的通孔和套管8-1上的通孔彼此錯(cuò)開(kāi)，以防止外部光線進(jìn)入所述測(cè)量管1。所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)控制套管繞所述測(cè)量管1轉(zhuǎn)動(dòng)的具體實(shí)施方式：見(jiàn)圖3，所述測(cè)量管1的底部下端面與套管8-1的底部上端面之間形成密封腔8-2，該密封腔8-2以起到防水作用，在該密封腔8-2內(nèi)設(shè)有一步進(jìn)電機(jī)8-3，通過(guò)步進(jìn)電機(jī)8-3可以設(shè)置轉(zhuǎn)動(dòng)角度，使所述測(cè)量1上的通孔和套管8-1上的通孔吻合或者彼此錯(cuò)開(kāi)（通孔圖中未畫(huà)出），步進(jìn)電機(jī)8-3的機(jī)座固定于所述測(cè)量管1的底部下端面，且該機(jī)座的中心位置與所述底部下端面的中心位置相對(duì)應(yīng)，即同軸，所述步進(jìn)電機(jī)8-3的轉(zhuǎn)軸一端與所述套管8-1的底部上端面相連以帶動(dòng)套管8-1繞所述測(cè)量管1轉(zhuǎn)動(dòng)，該步進(jìn)電機(jī)8-3由控制器控制。也可以把步進(jìn)電機(jī)8-3的轉(zhuǎn)軸一端固定于所述測(cè)量管1的底部下端面，機(jī)座同軸固定于所述套管8-1的底部上端面，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)8-3轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于轉(zhuǎn)軸被固定，不會(huì)旋轉(zhuǎn)，則機(jī)座就會(huì)旋轉(zhuǎn)，即機(jī)座帶動(dòng)套管8-1繞所述測(cè)量管1轉(zhuǎn)動(dòng)。見(jiàn)圖4，還可以在所述密封腔8-2內(nèi)安裝電動(dòng)機(jī)8-4，電動(dòng)機(jī)8-4的機(jī)座固定于所述測(cè)量管1的底部下端面，且該底部下端面的中心位置與該機(jī)座的中心位置相對(duì)應(yīng)，即同軸，所述電動(dòng)機(jī)8-4的轉(zhuǎn)軸8-5一端與所述套管8-1的底部上端面相連，由于電動(dòng)機(jī)8-4在旋轉(zhuǎn)的時(shí)候很難控制轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，所以在所述電動(dòng)機(jī)8-4的轉(zhuǎn)軸8-5上安裝有一限位橫桿8-6，在所述套管8-1的底部上端面安裝有兩對(duì)限位桿，所述限位橫桿8-6嵌于所述兩對(duì)限位桿（即第一、第二限位桿為一對(duì)，第三、第四限位桿為一對(duì)）之間，所述電動(dòng)機(jī)8-4轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)所述套管8-1繞所述測(cè)量管1旋轉(zhuǎn)，兩對(duì)限位桿限定了電動(dòng)機(jī)8-4的旋轉(zhuǎn)角度。見(jiàn)圖5，具體工作過(guò)程，設(shè)所述限位橫桿8-6兩端處于第二限位桿8-7b、第三限位桿8-7c處時(shí)，所述測(cè)量管1上的通孔和套管8-1上的通孔吻合，所述限位橫桿8-6兩端處于第一限位桿8-7a、第四限位桿8-7d處時(shí)，所述測(cè)量管1上的通孔和套管8-1上的通孔彼此錯(cuò)開(kāi)，以防止光線進(jìn)入測(cè)量管1。當(dāng)攝像機(jī)準(zhǔn)備拍攝時(shí)，電動(dòng)機(jī)8-4控制轉(zhuǎn)軸8-5帶動(dòng)限位橫桿8-6旋轉(zhuǎn)至第一限位桿8-7a和第四限位桿8-7d處時(shí)，電動(dòng)機(jī)8-4停止工作，這時(shí)所述測(cè)量管1上的通孔和套管8-1上的通孔彼此錯(cuò)開(kāi)，以防止外部光線進(jìn)入所述測(cè)量管1，攝像機(jī)進(jìn)行拍攝，拍攝完畢，電動(dòng)機(jī)8-4反轉(zhuǎn)，所述限位橫桿8-6旋轉(zhuǎn)至第二限位桿8-7b和第三限位桿8-7c處時(shí)，使所述測(cè)量管1上的通孔和套管8-1上的通孔吻合，使水流流通。當(dāng)然這種方案中限位桿也可以利用限位槽來(lái)替代，該限位槽的槽口寬度大于所述限位橫桿8-6。實(shí)施例二在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，進(jìn)行水位的測(cè)量的技術(shù)方案如下：所述測(cè)量管1固定設(shè)置,所述攝像機(jī)固定安裝于所述測(cè)量管1的上端口；所述計(jì)算機(jī)還存儲(chǔ)有第二樣本數(shù)據(jù)，該第二樣本數(shù)據(jù)適于記錄水面影像2-1的各面積像素值與攝像機(jī)距離水面的對(duì)應(yīng)高度，即各面積像素值和攝像機(jī)與水面2的間距之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；所述計(jì)算機(jī)還適于計(jì)算出所述水面影像2-1的面積像素值，該面積像素值與第二樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，得出攝像機(jī)距離水面2的高度，所述攝像機(jī)的安裝高度減去所述攝像機(jī)距離水面2的高度以獲得水位值。所述攝像機(jī)的安裝高度可以預(yù)先知曉并預(yù)存于所述計(jì)算機(jī)中，也可以通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中的標(biāo)尺等工具進(jìn)行測(cè)量得出。還可以通過(guò)如下方案實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)高度測(cè)量，該方案包括：柔性標(biāo)尺，適于收卷、拉緊該柔性標(biāo)尺的收卷裝置，該收卷裝置與攝像機(jī)水平設(shè)置，所述收卷裝置由一微型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，該電機(jī)適于當(dāng)標(biāo)尺一端接觸到水底時(shí)停止釋放標(biāo)尺（若電機(jī)電流瞬時(shí)變小，則判斷標(biāo)尺的一端接觸到水底），同時(shí)通過(guò)一傳感器記錄下電機(jī)帶動(dòng)收卷裝置旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)，并且該傳感器把相應(yīng)圈數(shù)輸入至一控制模塊，該控制模塊通過(guò)相應(yīng)圈數(shù)得到攝像機(jī)的實(shí)際高度。水位測(cè)量基本原理是根據(jù)物體在眼中的成像原理；即，目標(biāo)越遠(yuǎn)，看著就越小，對(duì)于攝像機(jī)、照相機(jī)拍攝的視頻、圖片，同樣是如此。那么，將攝像機(jī)固定在測(cè)量管1上端口垂直向下拍攝測(cè)量管1中的水面影像2-1。隨著水位的上下變化，即水位與攝像機(jī)的相對(duì)距離發(fā)生了變化，這種變化在所拍的水面影像2-1中體現(xiàn)為水面影像2-1所占畫(huà)面面積大小的變化。因此，通過(guò)計(jì)算圖像中水面影像2-1的面積大小，可以判斷出水面2與攝像機(jī)的相對(duì)距離，由于攝像機(jī)位置是固定的，因而可換算出水位。該發(fā)明與申請(qǐng)?zhí)?00910232679.6，名稱(chēng)為“基于圖像視覺(jué)的水位測(cè)量系統(tǒng)和方法”。的方案相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)（1）結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，無(wú)需通過(guò)浮子就可以進(jìn)行水位測(cè)定；（2）誤差小，因?yàn)楦∽釉诟∮谒娴?，故在拍攝時(shí)，拍攝的浮子的投影的高度并不是實(shí)際水位的高度，要比實(shí)際水位略高，這就存在了誤差，并且各種水質(zhì)密度不一樣，造成了浮子浮于水面的高度不同，需要進(jìn)行誤差修訂，給水位測(cè)量帶來(lái)了麻煩，但是本發(fā)明直接通過(guò)水面影像2-1來(lái)進(jìn)行水位測(cè)量，克服了上述缺陷。所述測(cè)量管1內(nèi)還包括管內(nèi)浮子，該管內(nèi)浮子為具有垂向設(shè)置的中央通孔的柱狀結(jié)構(gòu)，所述攝像機(jī)構(gòu)適于拍攝所述中央通孔中的水面影像，且該管內(nèi)浮子適于隨水面在所述測(cè)量管1內(nèi)上下浮動(dòng)；通過(guò)拍攝管內(nèi)浮子內(nèi)的水面影像2-1使該水面影像2-1的邊緣更加清晰，便于提取該水面影像2-1的面積。實(shí)施例三見(jiàn)圖6，在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，進(jìn)行水位的測(cè)量，該技術(shù)方案如下：所述測(cè)量管1的上端口處固定安裝有一攝像機(jī)，所述測(cè)量管1的外圍設(shè)有適于使該測(cè)量管1豎直浮于水面2的浮子3，并且通過(guò)該浮子3能使測(cè)量管1浮于水面，無(wú)需另外固定。所述水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置還包括：柔性標(biāo)尺4，一端固定在水底，另一端與一適于收卷、拉緊該柔性標(biāo)尺4的收卷裝置5相連，該收卷裝置5固定于所述測(cè)量管1的上部；導(dǎo)向輪6,設(shè)于所述測(cè)量管1的內(nèi)壁上，在該測(cè)量管1的內(nèi)壁上鄰近所述導(dǎo)向輪上、下方分別設(shè)有上導(dǎo)向桿7-1、下導(dǎo)向桿7-2，所述柔性標(biāo)尺4適于從所述上導(dǎo)向桿7-1、下導(dǎo)向桿7-2穿過(guò)并貼合在所述導(dǎo)向輪6的內(nèi)側(cè)輪面上，所述導(dǎo)向輪6的頂部處于水面上方。該實(shí)施例六進(jìn)行水位測(cè)量的原理是利用攝像機(jī)在拍攝水面影像2-1時(shí)，同時(shí)拍攝被導(dǎo)向輪6撐起的柔性標(biāo)尺4，柔性標(biāo)尺4的刻度被撐起后很容易被拍到，就得到了實(shí)際水位。由于導(dǎo)向輪6很小，在進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)的時(shí)，拍攝的水面影像2-1進(jìn)行灰度處理時(shí)導(dǎo)向輪、標(biāo)尺等部件可以忽略不計(jì)，并不會(huì)影響到水面影像2-1的灰度值計(jì)算。并且所述柔性標(biāo)尺4伸入水底并不影響所述測(cè)量管1的底端封閉。實(shí)施例四見(jiàn)圖1，在實(shí)施例二的基礎(chǔ)上的水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置的工作方法，包括如下步驟：（1）水面2上方固定有測(cè)量管1，其下端口適于進(jìn)入水面2，上端口處設(shè)一攝像機(jī)，該攝像機(jī)拍攝所述測(cè)量管1內(nèi)的水面影像2-1；（2）所述水面影像2-1通過(guò)數(shù)字圖像采集單元轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像；（3）與所述數(shù)字圖像采集單元相連的計(jì)算機(jī)，該計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)有第一、第二樣本數(shù)據(jù)，所述第一樣本數(shù)據(jù)適于記錄各種水質(zhì)的灰度值，所述第二樣本數(shù)據(jù)適于記錄水面影像2-1的各面積像素值與攝像機(jī)距離水面的對(duì)應(yīng)高度（即，各面積像素值和攝像機(jī)與水面2的間距之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系）；（4）所述計(jì)算機(jī)對(duì)所述數(shù)字圖像進(jìn)行灰度處理，以獲得所述水面影像2-1的灰度值，該灰度值與第一樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)得出水質(zhì)情況；（5）所述計(jì)算機(jī)計(jì)算出所述水面影像2-1的面積像素值，該面積像素值與第二樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，得出攝像機(jī)距離水面2的高度，所述攝像機(jī)的安裝高度減去所述攝像機(jī)距離水面2的高度以獲得水位值。所述步驟（5）包括：a：所述水面影像2-1進(jìn)行灰度處理后，采用MATLAB函數(shù)進(jìn)行閾值分割處理以提取水面影像2-1的邊緣；b：調(diào)用MATLAB庫(kù)函數(shù)bwarea，以計(jì)算邊緣提取后的水面影像2-1的面積像素值。水質(zhì)檢測(cè)的具體方法見(jiàn)實(shí)施例1中的水質(zhì)監(jiān)測(cè)步驟。水位計(jì)算的具體方法采用MATLAB函數(shù)對(duì)所述攝像機(jī)拍攝的水面影像2-1進(jìn)行閾值分割處理，其步驟如下：I=imread(‘image.jpg’);%打開(kāi)待處理圖片imshow(I);%顯示該圖片Inew=im2bw(I,x/255);%根據(jù)閾值x進(jìn)行圖像二值化，劃分目標(biāo)與背景Figure;imshow(Inew);%顯示二值化后的結(jié)果通過(guò)上述步驟得到水面影像2-1的面積，例如，該水面影像2-1為白色，背景為黑色。當(dāng)然也可以根據(jù)需要設(shè)置不同的顏色，例如水面影像2-1為黑色，背景為白色。這里以水面影像2-1為白色，背景為黑色為例，為了計(jì)算出白色部分的面積，可調(diào)用MATLAB庫(kù)函數(shù)bwarea。Bwarea函數(shù)并非簡(jiǎn)單計(jì)算非0像素的數(shù)目，它還對(duì)不同像素賦予不同的權(quán)限，以補(bǔ)償由于用離散數(shù)據(jù)表示連續(xù)圖像所帶來(lái)的誤差。如一條50點(diǎn)長(zhǎng)的對(duì)角線要比50點(diǎn)長(zhǎng)的水平線長(zhǎng)，因此，bwarea函數(shù)返回的50點(diǎn)長(zhǎng)的水平線面積是50，而50點(diǎn)長(zhǎng)的對(duì)角線面積返回的是62.5。采用bwarea進(jìn)行面積計(jì)算的步驟如下：Number=bwarea(Inew)；Number計(jì)算出白色部分的像素點(diǎn)，即所述水面影像2-1的面積像素，并與存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中的第二樣本數(shù)據(jù)，即記錄水面影像2-1的各面積像素值（即像素點(diǎn)）與攝像機(jī)距離水面的對(duì)應(yīng)高度的對(duì)應(yīng)關(guān)系列表相比較，如表2所示：距離(cm)像素點(diǎn)距離(cm)像素點(diǎn)距離(cm)像素點(diǎn)1859998253175932206681954116262813133196272049458272565734188092145541282408235177742241099292320436169632338848302222337161882434584312154942148005013966例如，若Number為54116，即54116個(gè)像素面積。則水面2與攝像機(jī)的間距為19cm，即攝像機(jī)距離水面2的高度為19cm，故54116個(gè)像素面積與19cm這個(gè)距離產(chǎn)生映射關(guān)系。所述攝像機(jī)距離水面的高度并不呈線性關(guān)系，而是一個(gè)由陡變緩的曲線，即水面距攝像機(jī)越近，相同的水位變化，水面影像變化越大。因而該水位測(cè)量方法的精度也是不恒定的，在測(cè)量范圍較小時(shí)才能保證合適的精度，故適用于水位變化不大的水域（如流動(dòng)性不大的湖泊，高度有限的蓄水池）。本發(fā)明還可以采用Canny檢測(cè)算子對(duì)于灰度分量進(jìn)行邊緣提取，以獲得水面影像2-1的各面積像素值，具體步驟參見(jiàn)發(fā)明專(zhuān)利，申請(qǐng)?zhí)?00910232679.6，名稱(chēng)為“基于圖像視覺(jué)的水位測(cè)量系統(tǒng)和方法”。期刊《計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化》2006年06期，黃蕾、劉文波的論文“基于CNN的灰度圖像邊緣提取算法中模板參數(shù)的研究”中對(duì)灰度邊緣提取也有詳細(xì)說(shuō)明，本發(fā)明也同樣可以采用該算法。期刊《南京航空航天大學(xué)》2006年，黃蕾的論文“基于細(xì)胞神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖像邊緣提取算法研究”中對(duì)描述了采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)圖像進(jìn)行邊緣提取的方法，該方法也同樣適用于本發(fā)明。從表2中得到攝像機(jī)距離水面2的高度后，所述攝像機(jī)的安裝高度減去所述攝像機(jī)距離水面2的高度以獲得水位值。