[發(fā)明專利]一種基于圖像處理獲取空氣中顆粒物濃度的方法

有效

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• 申請日: 2014-05-15
• 公開（公告）號: CN104020088A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王好謙;袁新;張永兵;戴瓊海
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳研究生院
• 主分類號: G01N15/06
• 分類號: G01N15/06
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44223
• 代理人: 余敏

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及計算機(jī)視覺領(lǐng)域，特別是涉及一種基于圖像處理獲取空氣中顆粒物濃度的方法。?

【背景技術(shù)】

隨著工業(yè)及交通運輸業(yè)的不斷發(fā)展，大量的有害物質(zhì)被排放到空氣中，改變了空氣的正常組成，使空氣質(zhì)量變壞。當(dāng)人們生活在受到污染的空氣之中，不僅正常的生活和出行也會受極大的影響，人體的健康會受到極大的侵害。根據(jù)已有報道，霧霾天氣已經(jīng)造成我國多地遭受嚴(yán)重污染，對人民群眾生產(chǎn)生活和身體健康帶來了極其不利的影響。?

為了減少霧霾的侵害，并提供有助于治理的信息，必須建立全面的空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。目前，比較權(quán)威的有國家環(huán)保部門通過建立大量的觀測網(wǎng)點而實時播報的空氣質(zhì)量信息。單個監(jiān)測網(wǎng)點需要配備震蕩天平、Beta射線儀等專業(yè)設(shè)備實時測量PM值，并每小時向網(wǎng)上發(fā)布測量數(shù)據(jù)。但是，目前的監(jiān)測網(wǎng)還存在很多局限。首先，例如震蕩天平、Beta射線儀等專業(yè)設(shè)備，其代價昂貴，操作復(fù)雜，不利于推廣。其次，一座城市中監(jiān)測網(wǎng)點的數(shù)量也有限，單個網(wǎng)點測量的有效范圍有限，以至于整座城市監(jiān)測覆蓋范圍及其有限。很多區(qū)域遠(yuǎn)離監(jiān)測網(wǎng)點，空氣質(zhì)量情況又復(fù)雜多變，使得網(wǎng)點的數(shù)據(jù)對這些區(qū)域空氣質(zhì)量監(jiān)測不具備參考性。?

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：彌補(bǔ)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于圖像處理獲取空氣中顆粒物濃度的方法，能夠在較低成本下實現(xiàn)對較廣范圍內(nèi)的空氣中的顆粒物濃度的估計獲取。?

本發(fā)明的技術(shù)問題通過以下的技術(shù)方案予以解決：?

一種基于圖像處理獲取空氣中顆粒物濃度的方法，對采集的包含有室外景物的圖像進(jìn)行處理，包括以下步驟：1)確定圖像中相對較亮的大氣光像素點的像素值和相對較暗的興趣像素點；2)根據(jù)得到的大氣光像素點的像素值和確定的興趣像素點的像素值，分別計算相應(yīng)像素點的光強(qiáng)值；3)根據(jù)步驟2)得到的相應(yīng)像素點的光強(qiáng)值計算?光強(qiáng)衰減系數(shù)；4)基于米氏散射理論，確定消光系數(shù)關(guān)于顆粒物的平均粒徑的關(guān)系式函數(shù)；5)根據(jù)光強(qiáng)衰減系數(shù)和消光系數(shù)的關(guān)系式函數(shù)確定空氣中顆粒物的平均粒徑的具體值；6)根據(jù)光強(qiáng)衰減系數(shù)、消光系數(shù)的關(guān)系式函數(shù)以及顆粒物的平均粒徑計算顆粒物濃度。?

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)對比的有益效果是：?

本發(fā)明的基于圖像處理獲取空氣中顆粒物濃度的方法，基于圖像處理技術(shù)，提取圖像中相應(yīng)像素點的光強(qiáng)值，從而獲取光強(qiáng)衰減系數(shù)，結(jié)合消光系數(shù)，進(jìn)而最終計算得到顆粒物的平均粒徑。本發(fā)明的獲取空氣質(zhì)量參數(shù)的方法中，僅需一臺采集圖像的裝置即可，無需昂貴的專業(yè)設(shè)備，方法實現(xiàn)的成本較低，易于推廣。同時，僅需拍攝采集待監(jiān)測區(qū)域的一副圖像即可獲取空氣質(zhì)量參數(shù)信息，即對于地理位置不便，遠(yuǎn)離觀測網(wǎng)點的區(qū)域也可方便使用，即本發(fā)明的方法能實現(xiàn)對較廣范圍內(nèi)的空氣環(huán)境的監(jiān)測。?

【附圖說明】

圖1是本發(fā)明具體實施方式的基于圖像處理獲取空氣中顆粒物濃度的方法的流程圖；?

圖2是本發(fā)明具體實施方式的確定大氣像素點和興趣像素點步驟的流程圖；?

圖3是本發(fā)明具體實施方式中進(jìn)行實驗測試時選取的室外場景的示意圖；?

圖4是本發(fā)明具體實施方式中進(jìn)行實驗測試時的估計值與實際觀測站的觀測值的曲線對比圖；?

圖5是本發(fā)明具體實施方式中進(jìn)行實驗測試時的估計值與實際觀測站的觀測值的相關(guān)圖。?

【具體實施方式】

下面結(jié)合具體實施方式并對照附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。?

本發(fā)明通過圖像處理與識別技術(shù)，處理攝像機(jī)或者照相機(jī)等圖像拍攝裝置拍攝的圖像，將圖像的空氣中顆粒物濃度信息，即PM值提取出來。聯(lián)想到目前大中型城市中，都有著大量固定的監(jiān)控攝像機(jī)，覆蓋著城市中很大一部分區(qū)域，因此本發(fā)明的方法適合大面積的推廣適用。對于監(jiān)控攝像機(jī)，只要拍攝到一定范圍內(nèi)的室外景物圖像，即可獲得這一范圍內(nèi)場景中PM值。而一個城市中，監(jiān)控攝像機(jī)的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前專業(yè)的監(jiān)控網(wǎng)點，匯總這些數(shù)據(jù)，可以得到一座城市相當(dāng)精細(xì)的PM值分布圖。對于?各級政府、環(huán)保部門即相關(guān)單位提供更加詳細(xì)的空氣污染分布情況，為各項決策的制定和執(zhí)行提供更加全面、有效地參考。?

如圖1所示，為本具體實施方式中基于圖像處理獲取空氣中顆粒物濃度的方法的流程圖。首先，采集得到一幅包含有室外景物的圖像，該圖像為正常拍攝下直接獲取的，無需經(jīng)過其他技術(shù)手段(比如曝光校正、自動白平衡等)處理。然后對該圖像進(jìn)行處理，處理過程包括：?

P1)確定圖像中相對較亮的大氣光像素點的像素值和相對較暗的興趣像素點。?