[发明专利]水下标定目标成像装置及光学图像法水质浊度在线检测方法

说明书

本发明公开一种水下标定目标成像装置及光学图像法水质浊度在线检测方法，水下标定目标成像装置，能够对已知固定距离下的标定目标进行成像。在所成水下图像非标定目标区域中根据暗信道先验模型估计水下场景的背景光。在所成水下图像标定目标区域中根据已知标定目标上各点同相机成像面间的距离，并基于水下光学成像模型计算水下标定目标上各点水质浊度参数估计值。将依据标定目标上各点所得到的水质浊度估计值的均值作为当前水下环境水质浊度的检测结果。本发明通过光学图像法能够在线获得水质浊度的相应情况，装置简单，测量精度高，便于在野外或者无条件进行实验的情况下进行便捷在线的水质浊度检测。

技术领域

本发明涉及一种水下标定目标成像装置及光学图像法水质浊度在线检测方法，属于水质浊度检测技术领域。

背景技术

现有水质浊度检测主要有：①现场采样配合实验室分析的检测方法，②采用各类浊度传感器的在线浊度检测方法。实验室分析所采用的典型方法为比浊法。该方法主要将水样和用高岭土配制的浊度标准溶液进行比较，以检测水样的水质浊度。浊度传感器主要基于散射光法，该方法主要是将入射光线穿过一段样品，并从与入射光呈90°的方向上检测有多少光被水中的颗粒物所散射，并以光散射量的大小对应于水质浊度值大小。其中比浊法仅适用于实验室条件下的水质浊度检测，并不适用于野外在线检测任务。相比较，散射光法较适用于野外工作，能够在线检测水质浊度，但是该类方法检测精度较低也耐用性也相对较差。

暗信道先验模型的出现为水质浊度检测提供了一种新的基于图像法的理论模型和可行途径。根据该模型，采用单一图像中的信息便可便捷的计算出水质浊度参数，并不需要如散射光法中精密的光学测量，且该图像法测量精度更高、实用性更强、对野外环境适用性更好。

但是由于难以获取水下场景中的标定距离信息，目前基于暗信道模型的水质浊度检测方法仅能够实现非纲量的相对水质浊度信息的计算和表示，因此仅能应用于图像处理领域，实现水下图像恢复与增强，但难以获取实际应用中所需要的纲量的水质浊度信息。

针对这一问题，本发明提出一种水下标定目标成像装置及光学图像法水质浊度在线检测方法，本发明能够对已知固定距离下的标定目标(黑色圆形盘状目标)进行标定成像。通过将目标同成像面间的距离信息引入到暗信道先验模型中在线计算、检测纲量水质浊度信息。该方法能够在线获得水质浊度的相应情况，准确度更高、装置简单且便于在野外或者无条件进行实验的情况下进行在线的水质浊度检测。

发明内容

发明目的：针对现有在线水质浊度检测技术复杂度过高，检测精度不足的问题。本发明提供一种水下标定目标成像装置及光学图像法水质浊度在线检测方法。水下标定目标成像装置，能够对已知固定距离下的标定目标(黑色圆盘)进行成像，在所成水下图像非标定目标区域中根据暗信道先验模型估计水下场景的背景光。在所成水下图像标定目标区域中根据已知的标定目标上各点同相机成像面间的距离及水下光学成像模型计算水下标定目标上各点水质浊度参数估计值。将标定目标上各点水质浊度参数估计值的均值作为当前水下环境的水质浊度。本发明通过光学图像法能够在线获得水质浊度的相应情况，装置简单，便于在野外或者无条件进行实验的情况下进行便捷在线的水质浊度检测。

技术方案：一种水下标定目标成像装置，包括相机和作为标定目标的黑色圆盘，黑色圆盘表面反射率为0，半径为500mm，黑色圆盘通过透明连接杆与相机镜头连接，标定目标距离与相机成像面间的基线距离为2000mm，透明连接杆一端固定在相机镜头的外侧壁上方，另一端悬接黑色圆盘，黑色圆盘距透明连接杆的距离为50mm，标定物目标的成像位置位于所成图像的中心区域，在所成图像中，标定物目标图像区域占整幅图像区域的40％。

一种基于水下标定目标成像装置的光学图像法水质浊度在线检测方法，包括如下步骤：