一种悬浮泥沙颗粒图像采集系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种悬浮泥沙颗粒图像采集系统及方法，该装置透明水槽、梭形浆片和图像采集机构；该方法包括步骤一、向透明水槽内注满清水；步骤二、确定梭形浆片的转速；步骤三、确定高速工业相机的拍摄频率；步骤四、采集泥沙颗粒图像。本发明专利技术结构设计合理，方法简便，通过将透明水槽分为动力搅拌区和观测区，并使观测区的内部槽宽很小，能保证悬浮泥沙颗粒成像清晰，解决了普通宽浅水槽中悬浮泥沙颗粒成像模糊的问题，采用相配合的高速工业相机和光学放大镜头进行悬浮泥沙颗粒图像的拍摄，使得所拍泥沙颗粒图像边缘清晰完整，解决了细小泥沙颗粒等水下微观粒子的实时观测问题，能够保证测量数据足够，避免重复测量相似数据，极大减少工作量。少工作量。少工作量。

【技术实现步骤摘要】
一种悬浮泥沙颗粒图像采集系统及方法


[0001]本专利技术属于泥沙颗粒分析
，具体涉及一种悬浮泥沙颗粒图像采集系统及方法。

技术介绍

[0002]黄河流域在中国安全和经济社会发展中具有重要的全局性和战略性地位。随着中国近些年对西部城市的开发建设，促进了经济增长的同时，也造成区域不同程度地出现资源耗竭，环境污染，生态破坏等问题。当前，黄河流域生态保护和高质量发展已上升为重大国家战略，新形势对黄河流域治理开发保护提出了新要求，厘清黄河流域资源开发现状、存在问题以及对高质量发展战略的支撑作用具有重要的现实意义。流域主要问题在于水沙问题。泥沙是水文测量中三大基本要素之一，对于悬浮泥沙的研究主要包括泥沙颗粒级配、泥沙含量、泥沙颗粒运动速度三大块。目前，主要方法为现场采样法，对于需要研究的区域进行采样，后续在实验室中进行分析观测。随着计算机视觉技术的发展，涌现出一些新方法，例如利用光纤对悬浮泥沙颗粒进行实时成像，进而分析光纤探头所在区域的泥沙颗粒含量等参数，但该种方法受到水体中外界环境影响较大，所测结果误差较大，且造价相对来说较高，不具有推广性。且在高含沙水流条件下，光束透射率较低，利用光学方法进行高含沙量测量会造成较大误差。
[0003]图像处理技术的发展，为水体中悬浮泥沙颗粒的观测提供了新的途径，利用高速相机对悬浮泥沙颗粒进行拍摄，对所拍图像或者视频进行分析处理。但目前应用较为广泛的实验室水槽大多宽度较大，在对其进行悬浮泥沙的拍摄时，由于泥沙颗粒存在垂直于相机焦平面的横向运动，故无法拍摄清晰的泥沙颗粒图像。因此需要提出一种悬浮泥沙颗粒图像采集系统及方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种悬浮泥沙颗粒图像采集系统，其结构设计合理，方法简便，通过将透明水槽分为动力搅拌区和观测区，并使观测区的内部槽宽很小，能保证悬浮泥沙颗粒成像清晰，解决了普通宽浅水槽中悬浮泥沙颗粒成像模糊的问题，采用相配合的高速工业相机和光学放大镜头进行悬浮泥沙颗粒图像的拍摄，使得所拍泥沙颗粒图像边缘清晰完整，解决了细小泥沙颗粒等水下微观粒子的实时观测问题，能够保证测量数据足够的前提下，又避免重复测量相似数据，极大减少工作量。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种悬浮泥沙颗粒图像采集系统，其特征在于：包括用于盛放含沙水体的透明水槽、用于对透明水槽内的含沙水体进行搅拌的梭形浆片和设置在透明水槽的一端且用于采集透明水槽内含沙水体的泥沙颗粒图像的图像采集机构，所述透明水槽为扁平状水槽，所述透明水槽包括相连通的动力搅拌区和观测区，所述透明水槽的动力搅拌区上连接有用于保证含沙水体平顺地进入动力搅拌区的
入流管道，所述梭形浆片位于动力搅拌区内，所述透明水槽的观测区上连接有出流管道，所述透明水槽的另一端设置有用于对观测区进行照亮的光源；所述动力搅拌区的内部槽宽大于观测区的内部槽宽，所述观测区的内部槽宽大于悬浮泥沙的粒径，所述观测区的内部槽宽不大于2mm；所述图像采集机构为高速工业相机。
[0006]上述的一种悬浮泥沙颗粒图像采集系统，其特征在于：所述入流管道和出流管道均为圆管，所述入流管道的管径小于出流管道的管径，所述入流管道的管径为1cm～2cm，所述出流管道的管径为2cm～3cm。
[0007]上述的一种悬浮泥沙颗粒图像采集系统，其特征在于：所述观测区为圆形，所述动力搅拌区包括半圆形槽体和用于与观测区过渡连接的过渡连接槽体，所述过渡连接槽体的内侧槽壁与观测区的内侧槽壁之间圆滑连接，所述动力搅拌区的半圆形槽体的半径等于梭形浆片半径的1.25倍～1.4倍，所述观测区的半径等于梭形浆片半径的1.7倍～2.5倍。
[0008]上述的一种悬浮泥沙颗粒图像采集系统，其特征在于：所述观测区的两个外端面分别与动力搅拌区的两个外端面相平齐，所述观测区与动力搅拌区一体成型。
[0009]上述的一种悬浮泥沙颗粒图像采集系统，其特征在于：所述透明水槽的另一端外部设置有用于驱动梭形浆片转动的驱动电机。
[0010]上述的一种悬浮泥沙颗粒图像采集系统，其特征在于：所述动力搅拌区位于观测区的一侧底部，所述入流管道位于动力搅拌区上远离观测区的一侧底部，所述出流管道位于观测区的另一侧上部，所述入流管道与出流管道相互平行。
[0011]上述的一种悬浮泥沙颗粒图像采集系统，其特征在于：所述高速工业相机上集成有光学放大镜头和光强度传感器，所述光强度传感器位于光学放大镜头上远离透明水槽的一侧。
[0012]上述的一种悬浮泥沙颗粒图像采集系统，其特征在于：所述高速工业相机安装在相机固定支架上。
[0013]上述的一种悬浮泥沙颗粒图像采集系统，其特征在于：所述光源为蓝色面光源。
[0014]同时，本专利技术还公开了一种悬浮泥沙颗粒图像采集的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤一、向透明水槽内注满清水：首先将入流管道的入口端伸入至待采集的含沙水体内，然后向透明水槽内注满清水；步骤二、确定梭形浆片的转速：根据公式得到梭形浆片的转速，其中，为动力搅拌区内梭形浆片转速的能量传递系数，为动力搅拌区内流体与观测区内流体之间的能量传递系数，为梭形浆片的半径；根据斯托克斯公式得到，其中，为水的动力粘滞系数，为泥沙密度，为水的密度，为重力加速度，为悬浮泥沙颗粒的粒径；步骤三、确定高速工业相机的拍摄频率：所述高速工业相机的拍摄频率为，其中，；
5—出流管道； 6—光源； 7—光强控制器； 8—高速工业相机； 9—光学放大镜头； 10—相机固定支架； 11—光强度传感器。
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具体实施方式
[0028]如图1至图3所示的一种悬浮泥沙颗粒图像采集系统，包括用于盛放含沙水体的透明水槽1、用于对透明水槽1内的含沙水体进行搅拌的梭形浆片2和设置在透明水槽1的一端且用于采集透明水槽1内含沙水体的泥沙颗粒图像的图像采集机构，所述透明水槽1为扁平状水槽，所述透明水槽1包括相连通的动力搅拌区1
‑
1和观测区1
‑
2，所述透明水槽1的动力搅拌区1
‑
1上连接有用于保证含沙水体平顺地进入动力搅拌区1
‑
1的入流管道4，所述梭形浆片2位于动力搅拌区1
‑
1内，所述透明水槽1的观测区1
‑
2上连接有出流管道5，所述透明水槽1的另一端设置有用于对观测区1
‑
2进行照亮的光源6；所述动力搅拌区1
‑
1的内部槽宽L1大于观测区1
‑
2的内部槽宽L2，所述观测区1
‑
2的内部槽宽L2大于悬浮泥沙的粒径，所述观测区1
‑
2的内部槽宽不大于2mm；所述图像采集机构为高速工业相机8。
[0029]具体实施时，通过设置入流管道4，能够使待测流域内的含沙水体平顺地进入动力搅拌区1
‑
1，出流管道5的设置能够保证含沙水体能够在压差作用下出入透明水槽1。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种悬浮泥沙颗粒图像采集系统，其特征在于：包括用于盛放含沙水体的透明水槽（1）、用于对透明水槽（1）内的含沙水体进行搅拌的梭形浆片（2）和设置在透明水槽（1）的一端且用于采集透明水槽（1）内含沙水体的泥沙颗粒图像的图像采集机构，所述透明水槽（1）为扁平状水槽，所述透明水槽（1）包括相连通的动力搅拌区（1
‑
1）和观测区（1
‑
2），所述透明水槽（1）的动力搅拌区（1
‑
1）上连接有用于保证含沙水体平顺地进入动力搅拌区（1
‑
1）的入流管道（4），所述梭形浆片（2）位于动力搅拌区（1
‑
1）内，所述透明水槽（1）的观测区（1
‑
2）上连接有出流管道（5），所述透明水槽（1）的另一端设置有用于对观测区（1
‑
2）进行照亮的光源（6）；所述动力搅拌区（1
‑
1）的内部槽宽大于观测区（1
‑
2）的内部槽宽，所述观测区（1
‑
2）的内部槽宽大于悬浮泥沙的粒径，所述观测区（1
‑
2）的内部槽宽不大于2mm；所述图像采集机构为高速工业相机（8）。2.按照权利要求1所述的一种悬浮泥沙颗粒图像采集系统，其特征在于：所述入流管道（4）和出流管道（5）均为圆管，所述入流管道（4）的管径小于出流管道（5）的管径，所述入流管道（4）的管径为1cm～2cm，所述出流管道（5）的管径为2cm～3cm。3.按照权利要求1所述的一种悬浮泥沙颗粒图像采集系统，其特征在于：所述观测区（1
‑
2）为圆形，所述动力搅拌区（1
‑
1）包括半圆形槽体和用于与观测区（1
‑
2）过渡连接的过渡连接槽体，所述过渡连接槽体的内侧槽壁与观测区（1
‑
2）的内侧槽壁之间圆滑连接，所述动力搅拌区（1
‑
1）的半圆形槽体的半径等于梭形浆片（2）半径的1.25倍～1.4倍，所述观测区（1
‑
2）的半径等于梭形浆片（2）半径的1.7倍～2.5倍。4.按照权利要求1所述的一种悬浮泥沙颗粒图像采集系统，其特征在于：所述观测区（1
‑
2）的两个外端面分别与动力搅拌区（1
‑
1）的两个外端面相平齐，所述观测区（1
‑
2）与动力搅拌区（1
‑
1）一体成型。5.按照权利要求1所述的一种悬浮泥沙颗粒图像采集系统，其特征在于：所述透明水槽（1）的另一...

【专利技术属性】
技术研发人员：晁智龙，屈阿莉，王雯，
申请(专利权)人：西安水文水资源勘测中心，
类型：发明
国别省市：