基于机器视觉的生物式水质监测装置

摘要

一种基于机器视觉的生物式水质监视装置，所述的水质监视装置包括沉放于监测水域中的鱼缸、用于检测鱼缸内小体鱼的视觉传感器以及微处理器，视觉传感器就处在盛放着小体鱼类的鱼缸缸体的顶部，监视着缸体中小体鱼类的生态情况，微处理器中进行以下的识别统计处理，包括图像预处理模块、色彩空间转化模块、小体鱼类识别模块、面积大小计算模块、水质情况判断模块等，根据所观察到的小体鱼类的生态情况进行计算，得到监视水域中的水质综合指标，从而达到全面监视水质安全、把握水域的污染情况。本发明经济性好、能够实现大规模地、长期地进行水质监视，并能快速可靠综合的掌握水质安全。

主权项

1、一种基于机器视觉的生物式水质监测装置，其特征在于：所述的水质监测装置包括沉放于监测水域中的鱼缸、用于检测鱼缸内小体鱼的视觉传感器以及微处理器；所述的鱼缸为酒杯形，所述的鱼缸的上部包括上盖固定架、透明环视框，所述的鱼缸的中部为圆柱形网格，所述的鱼缸下部为死鱼收集区；所述的上盖固定架与圆柱形网格的上端固定连接，所述的圆柱形网格的下端与鱼缸下部固定连接；所述的透明环视框位于鱼缸内，所述的透明环视框安装在上盖固定架的下方，且所述的透明环视框与上盖固定架密封连接；所述的透明环视框为下凹形，所述的透明环视框与圆柱形网格的上方之间为濒临死亡的鱼收集区，所述的待监测水域的水平面位于濒临死亡的鱼收集区内，所述的圆柱形网格的中下部为小体鱼活动区；所述的视觉传感器安装在上盖固定架的中央，所述的视觉传感器的监控范围为所述圆柱形网格的中下部；所述的微处理器包括：图像数据读取模块，用于读取从视觉传感器传过来的视频图像信息；数据文件存储模块，用于读取的视频图像信息通过文件方式保存在数据存储器中；图像预处理模块，用于在RGB色彩空间中进行鱼缸内部图像的滤波除噪、图像锐化、对比度增强操作；色彩空间转化模块，用于将图像RGB色彩空间转化到YUV空间；小体鱼类识别模块，用于根据所选择的鱼缸中小体鱼类，得到该鱼类图像在(Cr，Cb)空间的分布模型，计算发光源是否落在鱼类图像在(Cr，Cb)空间的分布模型内，来作为判断鱼类的一个依据，计算公式为式(1)：$W_{\mathrm{color}}=\exp \{-\frac{1}{2}[A*{(\mathrm{Cr}-\overline{\mathrm{Cr}})}^2+2B*(\mathrm{Cr}-\overline{\mathrm{Cr}})*(\mathrm{Cb}-\overline{\mathrm{Cb}})+C*{(\mathrm{Cb}-\overline{\mathrm{Cb}})}^2\left]\right\}---\left(1\right)$ 式(1)中Cr，Cb是鱼缸中小体鱼类Cr、Cb的样本标准均值，A、B、C分别是由样本标准差和均值计算出来的系数；面积大小计算模块，用于通过色彩空间转化模块的计算结果，建立一个与鱼缸内部图像像素相同大小的矩阵M，在该矩阵M中通过确认的落在鱼类图像在(Cr，Cb)空间的分布模型内发光源的像素设定为1，其余设定为0，统计矩阵M中像素为1的个数得到鱼体面积；水质判断模块，用于根据上述得到的面积大小计算统计值，与已有的标准平均值、最小值做比较：如该统计值大于等于标准平均值，判断为水质安全；如该统计值小于标准平均值，且大于最小值，提示注意观察；如该统计值小于最小值，判断水质异常，发出告警信号。