基于图像处理的污水悬浮颗粒浓度检测系统研究

【摘要】：随着社会经济的发展,水污染现象日益严重。如何对污水进行治理已经是国家高度重视的问题。水质的好坏直接关系到人们的生活健康,污水悬浮颗粒浓度是衡量水质的一个重要指标,准确检测污水悬浮颗粒浓度对保证污水处理的出水质量以及判断排泥时间起着关键作用。传统的污水悬浮颗粒浓度检测装置实时性、在线性差,长时间受到污水的浸泡和冲刷,不仅影响测量的准确性,而且极其容易损坏。本课题针对传统检测装置的不足,综合比较光电检测法、超声波检测法、微波检测法的优缺点,提出了一种基于图像处理的污水悬浮颗粒浓度检测方法。该方法的主要特点是利用了图像处理技术,基于水和悬浮颗粒对光的反射特性不同,利用FPGA处理器控制高分辨率的防水摄像头采集污水处理工艺氧化沟中的污水图像,运用图像处理算法对采集的污水图像进行处理,提取特征值,计算出污水悬浮颗粒浓度值。本课题首先介绍了检测系统的关键技术——数字图像处理技术,包括图像的滤波去噪、图像的光照不均匀校正、图像的阈值分割以及图像的特征提取,结合Matlab工具对实际采集的污水图像进行仿真和分析,计算出污水悬浮颗粒浓度。同时对检测系统的整体方案进行了设计,包括硬件电路设计和软件算法设计,使系统能够实现对污水悬浮颗粒浓度的检测、发送、显示、语音播报,同时结合浓度大小控制排泥时间。其中,硬件电路设计包括FPGA最小系统、图像采集模块、VGA显示模块、语音模块、Zigbee无线传输模块、RS485通信模块。系统软件设计包括主程序设计、光照不均匀校正算法设计、自适应模糊阈值分割算法设计等。综合整篇文章,主要是针对污水图像的处理过程进行研究,图像预处理、图像处理以及图像特征值的提取,最关键是对图像处理中的阈值分割技术的研究,最终准确计算出污水悬浮颗粒的浓度,实现了本课题的要求。 【关键词】：悬浮颗粒浓度 污水 Matlab 图像处理 FPGA 阈值分割
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.41
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 1 绪论14-18
• 1.1 课题研究的背景及意义14-15
• 1.2 污水悬浮颗粒浓度检测技术研究现状15-16
• 1.3 课题主要研究内容16
• 1.4 本文的结构安排16-17
• 1.5 本章小结17-18
• 2 污水悬浮颗粒浓度检测技术18-22
• 2.1 光电检测技术18-19
• 2.2 超声波检测技术19
• 2.3 微波检测技术19-20
• 2.4 图像处理技术的优势20
• 2.5 本章小结20-22
• 3 数字图像处理技术22-36
• 3.1 数字图像处理技术概述22
• 3.2 图像灰度直方图22-23
• 3.3 数字图像分类23-24
• 3.4 图像滤波24-27
• 3.4.1 均值滤波25
• 3.4.2 中值滤波25-26
• 3.4.3 高斯滤波26
• 3.4.4 多幅图像平均法26-27
• 3.5 图像增强27-29
• 3.5.1 直方图均衡化27-28
• 3.5.2 基于概率的光照不均匀校正28-29
• 3.6 图像阈值分割29-34
• 3.6.1 图像阈值分割概述29-30
• 3.6.2 自适应Otsu阈值分割30-31
• 3.6.3 自适应模糊阈值分割31-34
• 3.7 图像特征提取34
• 3.8 本章小结34-36
• 4 污水图像的仿真分析与浓度计算36-46
• 4.1 图像获取36
• 4.2 图像预处理36-38
• 4.3 图像处理38-43
• 4.4 污水浓度的计算43-44
• 4.5 本章小结44-46
• 5 系统的软硬件设计46-66
• 5.1 系统整体方案设计46-48
• 5.2 FPGA选型分析48
• 5.3 FPGA最小系统48-55
• 5.3.1 DDR2 SDRAM电路48-50
• 5.3.2 Flash电路50-51
• 5.3.3 AS接口电路51-52
• 5.3.4 JTAG接口电路52
• 5.3.5 时钟复位电路52-53
• 5.3.6 电源电路53-55
• 5.4 FPGA扩展电路55-60
• 5.4.1 图像采集模块电路55-56
• 5.4.2 SD卡56-57
• 5.4.3 Zigbee无线通信电路57
• 5.4.4 RS485通信电路57-58
• 5.4.5 音频接口电路58-59
• 5.4.6 VGA接口电路59-60
• 5.5 软件设计60-65
• 5.5.1 系统的软件平台60-61
• 5.5.2 系统主程序61-63
• 5.5.3 光照不均匀校正子程序63
• 5.5.4 自适应模糊阈值分割子程序63-64
• 5.5.5 RS485通讯子程序64-65
• 5.6 本章小结65-66
• 6 总结与展望66-68
• 6.1 总结66-67
• 6.2 展望67-68
• 参考文献68-72
• 附录 系统整体硬件电路图72-74
• 致谢74-76
• 作者简介及读研期间主要科研成果76

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