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原文传递一种着生藻生长带的原位监测方法及装置

专利名称：	一种着生藻生长带的原位监测方法及装置
摘要：	本发明提供了一种着生藻生长带的原位监测装置。该装置包含置于监测现场立杆顶部的水上摄像机，和装设于由连杆机构驱动的带压藻板和水下摄像机的水下监测平台。连杆机构、摄像机云台和现场其他辅助设备受控于现场控制箱和/或通过网络联结的监测服务器。水上摄像机用于获取着生藻在视野内的覆盖范围和顶视轮廓。水下摄像机在水下监测平台的运动配合下可获得着生藻的水下侧视轮廓和细节。监测服务器的计算机可远程获得现场的两个摄像机视频图像并进行算法分析现场着生藻的特征，其生长变化和生物量等，实现了自动在线远程监控与图像和量化数据提取与保存，达到实时、准确、并节省大量人力物力的特点。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	长江流域水环境监测中心
发明人：	王英才;刘浩兵;刘辉;孙志伟;张静;梁建奎;彭玉;胡圣;唐剑锋
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-09T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-10T00:00:00+0800
申请号：	CN201910386437.6
公开号：	CN110220845A
代理机构：	武汉宇晨专利事务所
代理人：	王敏锋
分类号：	G01N21/01(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	430010 湖北省武汉市江岸区永清小路13号
主权项：	1.一种着生藻生长带的原位监测方法，其特征在于，步骤如下：步骤1.在着生藻生长带旁布置面积和高度为定值的参照物，采集着生藻生长带及参照物的水上俯视图，经去除背景、阈值分割得到二值化图像，统计二值化图像中着生藻生长带相对于参照物的像素面积ac，根据公式Ac＝c·ac获得着生藻生长带实际覆盖面积Ac，c为参照物的实际面积，滤除二值化图像中干扰轮廓得到着生藻生长带和参照物的轮廓图像，统计轮廓图像中着生藻生长带相对于参照物的像素面积ap，根据公式Ap＝c·ap获得着生藻生长带实际覆盖面积Ap，计算着生藻生长带的覆盖度R，R＝Ac/Ap，将去除背景后图像的平均灰度值作为该着生藻生长带水上俯视图的平均颜色特征；步骤2.采集着生藻生长带及参照物的水下侧视图，经去除背景、阈值分割得到二值化图像，滤除二值化图像中干扰轮廓得到着生藻生长带和参照物的轮廓图像，统计二值化图像中着生藻生长带相对于参照物的高度h，hc为参照物的实际高度，根据公式Hc＝hc·h获得着生藻生长带实际高度分布Hc，对Hc求均值得着生藻生长带实际高度均值H；步骤3.根据公式M＝ρVc＝ρApHR，求着生藻生长带的重量M，Vc为着生藻生长带的覆盖体积，根据公式m＝M/Ap＝ρHR，计算着生藻类生长带的生物量m，ρ为着生藻生长带覆盖度为100％时的质量密度。 2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1和步骤2中，得到二值化图像的方法包括以下步骤： S01.对获得视图进行均值滤波或中值滤波降噪处理； S02.对滤波后的图像进行通道分割，得到图像的绿色通道G值分布，红色通道R值分布，以及蓝色通道B值分布； S03.按超绿色法获得步骤S03中图像的灰度图像Exg，去除背景，Exg＝2G-R-B；或对滤波后的图像由RGB颜色空间转化为HIS颜色空间，然后提取HIS颜色空间中的H分量，去除背景,RGB颜色空间到HIS颜色空间的公式如下： H表示色度，I表示亮度，S表示饱和度； S04.采用最大类间方差法OTSU对灰度图像Exg进行阈值分割，得到二值化图像。 3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1和步骤2中，滤除二值化图像中干扰轮廓的方法为：对二值化图像采用先膨胀后腐蚀的处理，消除二值化图像中的白点像素和小黑洞像素。 4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述着生藻生长带及参照物的水上俯视图由固定在立杆横梁顶端的水上摄像机采集；所述着生藻生长带及参照物的水下侧视图由水下摄像机采集，水下摄像机安装在压藻板上，压藻板与连杆机构的移动副铰接，由舵机驱动连杆机构的转动副转动，使移动副绕转动副的另一端摆动，推动压藻板携水下摄像机沿坡岸线下滑，垂直穿插进着生藻生长带中，对着生藻生长带的侧视剖面进行图像采集。 5.根据权利要求1所述方法的监测装置，其特征在于，该监测装置包含置于监测现场立杆顶部的水上摄像机，和由舵机、连杆机构、压藻板和水下摄像机组成的水下监测平台。 6.根据权利要求5所述的监测装置，其特征在于，所述连杆机构包括互相铰接的转动副和移动副，转动副受舵机驱动绕舵机驱动轴在垂直于坡岸面和着生藻生长带的竖直平面内摆动，移动副以移动副与转动副的铰接点为圆心摆动，推动与移动副另一端铰接的压藻板携水下摄像机沿坡岸线下滑。 7.根据权利要求5所述的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括控制器、网络交换机、监测服务器，水上摄像机、水下摄像机与网络交换机通信连接，控制器与舵机、补光灯、水上摄像机、水下摄像机电性连接，监测服务器与网络交换机通信连接。 8.根据权利要求6所述的监测装置，其特征在于，所述移动副的长度大于转动副垂直于坡岸地基时转动副和移动副的铰接点到坡岸地基的垂直距离。 9.根据权利要求6所述的监测装置，其特征在于，所述连杆机构还包括由辅助转动副、第二辅助移动副、第三辅助移动副依次铰接组成的平面连杆机构，所述第二辅助移动副呈V型，第二辅助移动副的三个顶点分别铰接辅助转动副、转动副远离舵机的一端、第三辅助移动副，第三辅助移动副的另一端与移动副远离压藻板的一端铰接，辅助转动副的另一端与舵机远离驱动轴的一端铰接。 10.根据权利要求9所述的监测装置，其特征在于，所述移动副具有固定端与自由端，自由端与固定端滑动连接，固定端与转动副铰接，自由端与压藻板铰接。 11.根据权利要求6、8、9、10任一项所述的监测装置，其特征在于，所述移动副靠近压藻板的一端还通过弹簧连接压藻板。
所属类别：	发明专利