[发明专利]一种基于图像灰度的细沙沉速检测方法

摘要

本发明公开了一种基于图像灰度的细沙沉速检测方法，其包括a、获取由沉降容器、光源、摄像机和计算机组成的检测装置；b、进行灰度-浓度标定；c、进行图像采集；d、进行浓度转换；e、沉速计算等步骤。本方法专门适用于细颗粒冲泻质类别的群体沉降的粉砂的沉速检测，能够对这种砂型河道的泥沙的瞬时沉速和平均沉速进行检测，同时具备操作简单，测试精度可靠的优点。

主权项

一种基于图像灰度的细沙沉速检测方法，其特征在于，包括以下步骤：a、获取如下结构的检测装置，所述检测装置包括沉降容器、光源、摄像机和计算机，所述沉降容器为透明材料制得且横向截面为矩形，所述光源位于沉降容器一侧且高度和沉降容器一致，所述摄像机位于沉降容器另一侧并用于采集沉降容器图像，所述计算机与摄像机相连；b、进行灰度‑浓度标定，标定时，采用上述检测装置，分别配置不同浓度的泥沙溶液置于沉降容器内，将其搅拌均匀后开启光源和摄像机采集图像，利用电脑处理图像得到与溶液含沙浓度对应的平均灰度值；其中，配置泥沙溶液时采用蒸馏水作为溶剂，采用待测试河道获取的原型粉砂晒干后作为溶质；采集图像从蒸馏水开始并作为浓度为0 kg/m3的泥沙溶液，然后依次往溶液加入溶质每次增加浓度0.1kg/m3后采集一次沉降容器的图像并靠计算机获取图像灰度，直到浓度为2.0kg/m3后停止；得到一系列不同含沙浓度对应的图像灰度；在计算机中采用曲线拟合的方式得到含沙浓度—灰度值的关系式，作为灰度向浓度转化的参考标准；c、进行图像采集，将待检测河道获取的含有泥沙的河水搅拌均匀后置于沉降容器内，开启光源和摄像机采集图像，每间隔一定时间采集一次图像，直到河水中泥沙沉淀完毕；得到一系列带有灰度值的图片，采用计算机对图像进行读取，读取时，在单张图片中以每个像素层或相邻数个像素层为一个横断面，将图片在纵向上分为若干横断面，获得每个横断面的平均灰度值；将所有图片的每个横断面的灰度值组合形成灰度矩阵；d、进行浓度转换，根据b步骤中获得的灰度向浓度转化的参考标准，将c步骤中获得的灰度矩阵转化为浓度矩阵，即可得到每个摄像的时间点上泥沙的浓度垂向分布；e、沉速计算，以浓度矩阵和图像采集间隔的时间为参数，根据流体质量守恒‑连续性方程，即可以在计算机中计算得到被检测河水中泥沙的瞬时沉速或平均沉速。