本發(fā)明涉及水體濃度場測(cè)量方法的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及基于光學(xué)的水體濃度場測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

研究環(huán)境污染問題，人們最關(guān)心的是污染物在空間的分布，水體中污染物濃度場是衡量水體被污染程度的重要指標(biāo)，或者，在運(yùn)用物理模型的方法進(jìn)行水力學(xué)和水生態(tài)等科學(xué)研究時(shí)，測(cè)量水體中物質(zhì)的濃度及分布至關(guān)重要，因此，水體濃度場測(cè)量方法成為當(dāng)前環(huán)境工作者研究的熱點(diǎn)之一。

現(xiàn)有技術(shù)中，仍缺乏測(cè)量水體濃度場的有效手段，傳統(tǒng)的單點(diǎn)測(cè)量方法則容易影響流態(tài)，且較難實(shí)現(xiàn)水體濃度場的測(cè)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供基于光學(xué)的水體濃度場測(cè)量方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中難以實(shí)現(xiàn)對(duì)水體濃度場測(cè)量方法的問題。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，基于光學(xué)的水體濃度場測(cè)量方法，包括以下步驟：

1)、率定標(biāo)準(zhǔn)濃度折射表；

2)、將待測(cè)量的水體置于透明的水箱中，所述水箱的一透明側(cè)壁形成照射側(cè)壁，所述水箱的另一透明側(cè)壁形成拍攝側(cè)壁，在所述水箱的照射側(cè)壁上設(shè)有沿所述水箱縱向延伸布置的格柵板，所述格柵板形成有多個(gè)沿所述水箱縱向間隔布置平行布置的水平格柵縫隙，且相鄰的所述水平格柵縫隙之間形成水平遮光板；

3)、在所述水箱的照射側(cè)壁外利用平行光源發(fā)出的平行光線照射所述水箱的照射側(cè)壁，平行光線穿過多個(gè)所述水平格柵縫隙以及水體，照射至所述水箱的拍攝側(cè)壁；在所述水箱的拍攝側(cè)壁外布置攝像機(jī)，利用攝像機(jī)拍攝所述水箱的拍攝側(cè)壁，形成分析圖像；

4)、對(duì)分析圖像進(jìn)行圖像處理以及投影直線擬合，并根據(jù)以下公式計(jì)算穿過所述水平格柵縫隙中的平行光線的折射率：

其中，δh是透過所述水平格柵縫隙的平行光線在縱向的偏移量，width是所述的寬度；

5)、根據(jù)步驟4)計(jì)算出來的折射率，對(duì)應(yīng)步驟1)中的標(biāo)準(zhǔn)濃度折射表，得到對(duì)應(yīng)水體濃度的分層測(cè)量，進(jìn)而求取整個(gè)水體濃度場的測(cè)量。

進(jìn)一步地，在所述步驟1)中，通過配置多種標(biāo)準(zhǔn)濃度溶液，對(duì)多種所述標(biāo)準(zhǔn)濃度溶液進(jìn)行濃度折射率率定，再進(jìn)行曲線擬合，得到濃度折射率曲線，進(jìn)而得到標(biāo)準(zhǔn)濃度折射率表。

進(jìn)一步地，在所述水箱的照射側(cè)壁外依序縱向布置多個(gè)所述水平光源。

進(jìn)一步地，多個(gè)所述水平光源依序與多個(gè)所述水平格柵縫隙正對(duì)齊布置。

進(jìn)一步地，所述攝像機(jī)位于所述水箱的拍攝側(cè)壁的上方，且朝外偏離所述水箱的拍攝側(cè)壁布置。

進(jìn)一步地，在所述步驟4)中，對(duì)所述攝像機(jī)拍攝的分析圖像進(jìn)行圖像處理包括依序?qū)λ龇治鰣D像進(jìn)行圖像去噪、圖像二值化以及圖像hough變換。

進(jìn)一步地，經(jīng)過圖像處理后的分析圖像再進(jìn)行投影直線擬合。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的水體濃度場測(cè)量方法是基于光學(xué)反應(yīng)，通過預(yù)先率定標(biāo)準(zhǔn)濃度折射表，通過平行光源發(fā)處的平行光線照射在照射側(cè)壁的多個(gè)水平格柵縫隙中，多個(gè)穿過水平格柵縫隙的平行光線在穿過水體中發(fā)生折射，再利用攝像機(jī)拍攝平行光線在拍攝側(cè)壁形成的圖像，形成分析圖像，利用對(duì)分析圖像處理，計(jì)算出平行光線的折射率，進(jìn)而利用與標(biāo)準(zhǔn)濃度折射表對(duì)比，得到水體的分層濃度，進(jìn)而可以得到水體濃度場。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于光學(xué)的水體濃度場測(cè)量方法的標(biāo)準(zhǔn)濃度折射表率定流程；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于光學(xué)的水體濃度場測(cè)量方法的測(cè)量流程；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的基于光學(xué)的水體濃度場測(cè)量結(jié)構(gòu)的簡易示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

以下結(jié)合具體附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的描述。

參照?qǐng)D1～3所示，為本發(fā)明提供的較佳實(shí)施例。

本實(shí)施例提供的基于光學(xué)的水體濃度場測(cè)量方法，用于對(duì)各種水體的濃度場進(jìn)行測(cè)量，例如可以是被污染物污染的水體，也可以是其他一些加入特定物質(zhì)的水體等等，不僅限制于某種運(yùn)用的水體。

基于光學(xué)的水體濃度場測(cè)量方法，具體如下步驟：

1)、參照?qǐng)D1所示，率定標(biāo)準(zhǔn)濃度折射表；

2)、參照?qǐng)D3所示，將待測(cè)量的水體置于透明的水箱11中，水箱11的一透明側(cè)壁形成照射側(cè)壁，水箱11的另一透明側(cè)壁形成拍攝側(cè)壁111，在水箱11的照射側(cè)壁上設(shè)有沿水箱11縱向延伸布置的格柵板，該格柵板形成有多個(gè)沿水箱11縱向間隔布置平行布置的水平格柵縫隙113，且水平格柵縫隙113之間形成水平遮光板112；當(dāng)然，水平格柵縫隙113可以供光線穿過，在水平遮光板112的遮擋下，光線則不能穿過水平遮光板112。

3)、參照?qǐng)D3所示，在水箱11的照射側(cè)壁外利用平行光源13發(fā)出的平行光線照射透明水箱11的照射側(cè)壁，平行光線穿過照射側(cè)壁的多個(gè)水平格柵縫隙113，且由于不同濃度的水體對(duì)光線的折射率不同，這樣，穿過多個(gè)水平格柵縫隙113中的光線的折射則對(duì)應(yīng)不同；在水箱11的拍攝側(cè)壁111外布置攝像機(jī)12，利用攝像機(jī)12拍攝水箱11的透明的拍攝側(cè)壁111，形成分析圖像；

4)、對(duì)分析圖像進(jìn)行圖像處理以及投影直線擬合，并根據(jù)以下公式計(jì)算照射在水平格柵縫隙113中的平行光線的折射率：

其中，δh是透過水平格柵縫隙113的平行光線在縱向的偏移量，width是指水箱11的寬度；

5)、根據(jù)步驟4)計(jì)算出來的折射率，對(duì)應(yīng)步驟1)中的標(biāo)準(zhǔn)濃度折射表，則可以得到對(duì)應(yīng)水體濃度的分層測(cè)量，進(jìn)而可以求取整個(gè)水體濃度場的測(cè)量。

上述提供的水體濃度場測(cè)量方法是基于光學(xué)反應(yīng)，通過預(yù)先率定標(biāo)準(zhǔn)濃度折射表，通過平行光源13發(fā)處的平行光線照射在照射側(cè)壁的多個(gè)水平格柵縫隙113中，多個(gè)穿過水平格柵縫隙113的平行光線在穿過水體中發(fā)生折射，再利用攝像機(jī)12拍攝平行光線在拍攝側(cè)壁111形成的圖像，形成分析圖像，利用對(duì)分析圖像處理，計(jì)算出平行光線的折射率，進(jìn)而利用與標(biāo)準(zhǔn)濃度折射表對(duì)比，得到水體的分層濃度，進(jìn)而可以得到水體濃度場。

在上述步驟1)中，通過配置多種標(biāo)準(zhǔn)濃度溶液，對(duì)各種標(biāo)準(zhǔn)濃度溶液進(jìn)行濃度折射率率定，再進(jìn)行曲線擬合，得到濃度折射率曲線，進(jìn)而得到標(biāo)準(zhǔn)濃度折射率表。

在步驟2)中，根據(jù)實(shí)際需要，可以適當(dāng)調(diào)節(jié)水平格柵縫隙113以及水平遮光板112的寬度，進(jìn)而針對(duì)實(shí)際需要測(cè)量水體的需要，進(jìn)行水體濃度測(cè)量。一般情況下，可以選擇1mm寬的水平格柵縫隙113以及5mm的水平遮光板112，目的是使平行光線從水平格柵縫隙113中穿過，而不穿過水平遮光板112。

在步驟3)中，利用多個(gè)依序縱向布置的平行光源13，形成面光源，該面光源發(fā)出呈縱向布置的平行光線，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)每個(gè)水平格柵縫隙113，都有平行光線穿過。

具體地，多個(gè)平行光源13依序與多個(gè)水平格柵縫隙113正對(duì)齊布置，這樣，保證平行光線可以準(zhǔn)確穿過水平格柵縫隙113。

另外，當(dāng)需要對(duì)流動(dòng)以及較長距離的水體進(jìn)行濃度測(cè)量時(shí)，則可以通過多個(gè)水箱11依序橫向連接的方式。

在步驟3)中，攝像機(jī)12處于水箱11的拍攝側(cè)壁111的上方，且朝外偏離水箱11的拍攝側(cè)壁111，這樣，攝像機(jī)12朝下傾斜拍攝水箱11的拍攝側(cè)壁111。

本實(shí)施例中，在步驟4)中，對(duì)攝像機(jī)12拍攝的分析圖像進(jìn)行圖像處理包括依序?qū)Ψ治鰣D像進(jìn)行圖像去噪、圖像二值化以及圖像hough變換，經(jīng)過圖像處理后的分析圖像再進(jìn)行投影直線擬合。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。