[發明專利]水中絮體形態原位識別方法

有效

• 申請號: 200710144647.1
• 申請日: 2007-11-21
• 公開（公告）號: CN101158630A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發明（設計）人: 南軍
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01N15/00
• 分類號: G01N15/00;G01N21/84;G06F17/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 單軍

技術領域

本發明涉及一種絮體的檢測方法。

背景技術

絮凝過程是給水和廢水處理工藝中應用最普遍的關鍵環節之一，它在很大程度上影響著后續流程的運行工況、最終出水質量和成本費用。絮凝形態學是研究絮凝過程溶液中膠粒和絮凝劑的形態特征及對絮凝過程與絮凝效果影響規律的一門新的絮凝學理論分支，它認為在膠體溶液中，膠體顆粒和絮凝劑有著多種多樣的形態特征，而這些形態因素是決定絮凝過程和絮凝效果的重要因素。目前水中絮體形態特征提取通常是將絮體沉淀在載玻片上，通過一個反相顯微鏡觀測一定視場面積內多個絮體的靜止影像結構，因而表征的都是人為選取的少數二維絮體圖像，代表性差；而且在靜態試驗取樣過程中勢必會導致絮體破碎，且有大量絮體重疊現象，這就使獲得的絮體形態特征與真實值相差較遠，致使得到的計算結果千差萬別，數據規律模糊，因此不能用于實際水處理生產過程中絮體形態的實時檢測控制。

發明內容

本發明的目的是為了解決目前水處理絮體檢測過程中所采用的方法存在代表性差，絮體破碎、重疊，導致獲得的絮體形態特征與真實值相差較遠，致使得到的計算結果千差萬別，數據規律模糊的缺陷，而提供的一種水中絮體形態原位識別方法。

按以下步驟進行水中絮體形態原位識別：一、在水處理反應池入口處及反應池出水處分別各安裝一部高速數字攝像機進行水下高速連續拍攝，并采用落射光照明；二、將高速數字攝像機拍攝的圖像通過數字接口傳輸到計算機中并轉換成連續的絮體圖像記錄文件；三、將反應池入口處拍攝的絮體圖像文件按時間順序編列成隊，并以隊列中連續的1000幅絮體圖像記錄文件為識別檢測對象，采用順次推移先進先出的原則；四、將識別檢測對象1000幅連續絮體圖像記錄文件轉換為256級絮體灰度圖像文件，并采用迭代閥值選擇方法分別自動選取每幅絮體灰度圖像文件各自最適合的分割閥值T；五、將每幅絮體灰度圖像文件中灰度值低于本幅分割閥值T的灰度區域作為絮體，并對1000幅絮體灰度圖像文件中的所有絮體從1到n進行編號，其中n為1000幅絮體灰度圖像文件中絮體總數；六、數據采集：以單個絮體所含像素點數作為單個絮體投影面積A_i，以單個絮體周長所含像素點數作為單個絮體周長S_i，取單個絮體投影面積A_i的自然對數值lnA_i，取單個絮體周長S_i的自然對數值lnS_i，其中i＝1至n；七、以1000幅絮體灰度圖像文件中絮體總數n為計算對象，再根據lnA_i和lnS_i的直線關系用最小二乘法進行擬和求得直線方程為：lnA＝D_flnS+E，其中lnA為直線方程的y軸變量，lnS為直線方程的x軸變量，E為直線的截距，D_f為直線斜率；八、將計算出的直線斜率D_f作為距反應池入口處的絮體分形維數值D_f1；九、將反應池出水處拍攝的絮體圖像文件按時間順序編列成隊，并以隊列中連續的1000幅絮體圖像記錄文件為識別檢測對象，采用順次推移先進先出的原則；十、對反應池出水處的識別檢測對象重復操作步驟四至七，并將計算出的直線斜率D_f作為距反應池出水處的絮體分形維數值D_f2；十一、根據公式β＝(D_f1-D_f2)/D_f2計算出絮體形態特征參數β，絮體形態特征參數β值越小，絮體越密實，絮凝效果越好，絮體形態特征參數β值越大，絮體越疏松，絮凝效果越差；其中步驟一中的高速數字攝像機以640×480至1280×1024像素分辨率及100～500幀/秒的攝像速度拍攝；步驟九中連續的1000幅絮體圖像記錄文件與步驟三中連續的1000幅絮體圖像記錄文件是同時拍攝的；步驟四中每幅絮體灰度圖像文件各自最適合的分割閥值T的計算方法為：

①選擇絮體灰度圖像文件的灰度均值μ作為初始閥值的估算值T₀，

②利用閥值T₀把絮體圖像分割成R₁和R₂兩個區域，

③分別計算區域R₁和R₂的灰度均值μ₁和μ₂，

④重新定義新的閥值T₀＝(μ₁+μ₂)/2，