一种天然河流中泥沙浓度级配原位实时测量装置及其方法

摘要

本发明涉及一种天然河流中泥沙浓度级配原位实时测量装置，属于环境原位监测技术领域，该装置包括入水壳体、编码器和计算机；入水壳体为封闭的水下测量设备，编码器和计算机设置在被测水体上方的载体上；在该入水壳体的侧面壁上设置一透明的平面观测窗，在该入水壳体内部的平面观测窗固定安装有由环形LED光源、微距镜头和工业相机组成的测量设备，微距镜头同轴安装在工业相机上，工业相机和环形LED光源均对准观测窗；入水壳体顶端通过缆绳与编码器连接；入水壳体中的测量设备通过数据线与计算机连接。该方法包括对测量装置的标定和对天然河流中泥沙浓度级配原位实时测量两部分；本发明具有精度较高、使用方便、成本较低的优点。

权利要求

1.一种基于天然河流中泥沙浓度级配原位实时测量装置的测量方法，该装置包括入水壳体、编码器和计算机；入水壳体为封闭的水下测量设备，编码器和计算机设置在被测水体上方的载体上；在该入水壳体的侧面壁上设置一透明的平面观测窗，在该入水壳体内部的平面观测窗固定安装有由环形LED光源、微距镜头和工业相机组成的测量设备，微距镜头同轴安装在工业相机上，工业相机和环形LED光源均对准观测窗，环形LED光源透过观测窗照亮的入水壳体之外的水体，使工业相机能够拍摄到被环形LED光源照亮的入水壳体外的水体；入水壳体顶端通过缆绳与编码器连接；入水壳体中的测量设备通过数据线与计算机连接；其特征在于，该方法包括对测量装置的标定和对天然河流中泥沙浓度级配原位实时测量两部分；

所述对测量装置的标定具体包括：

1)对景深区域的体积进行标定：制作标定桶，转动编码器将入水壳体放入标定桶中，向标定桶中充入清水直至淹没入水壳体观测窗；

2)将一钢板尺固定在有刻度读数的光具座上，将光具座放入标定桶内，并放置在观测窗前，调整钢板尺，并记录钢板尺面与观测窗外壁距离；

3)旋转微距镜头的对焦环使得工业相机拍摄的图像在钢板尺的尺面对焦，记录工业相机所拍摄图像所覆盖的实际面积；

4)再将钢板尺以设定的步长向观测窗靠近，每靠近一次工业相机拍摄一张图像，使用拉普拉斯算子计算图像中心的对焦指数，直到对焦指数小于设定值时，停止移动钢板尺，并记录钢板尺位置在光具座上的读数；

5)再将钢板尺以步骤4)的一倍步长远离观测窗，每远离一次工业相机均拍摄一张图像，使用拉普拉斯算子计算图像中心的对焦指数，直到对焦指数小于设定值时，停止移动钢板尺，并记录钢板尺位置在光具座上的读数；

6)根据步骤4)、5)记录的钢板尺位置，即标定出景深区域的体积；固定微距镜头的对焦环,取出入水壳体，将标定筒水倒出；

7)配制已知泥沙浓度、泥沙粒径的浑水，搅拌均匀后注入标定桶中，再将入水壳体放入标定桶中，直至淹没观测窗；

8)使用计算机打开环形LED光源，并控制工业相机拍摄多张图像，保存在计算机中；在计算机中利用颗粒图像识别算法提取图像中的泥沙颗粒光斑，再使用拉普拉斯算子计算每个泥沙颗粒光斑的对焦指数，将对焦指数大于设定值的泥沙颗粒光斑识别出并计算其以图像像素为单位的直径，记录所有张图像中的对焦指数大于设定值的所有泥沙颗粒光斑直径的平均值；

9)放空标定桶中的浑水，洗净标定桶；配制不同泥沙浓度、不同泥沙粒径的浑水进行标定，记录图像中相应的泥沙光斑直径的平均值，标定得出泥沙颗粒光斑直径与泥沙颗粒粒径的关系式；将标定好的关系式存储在计算机中；

所述将标定好的天然河流中泥沙浓度级配原位实时测量装置用于实际测量，具体包括以下步骤：

10)将所述天然河流中泥沙浓度级配原位实时测量装置架设在待测天然河流上的载体中，转动编码器，放下入水壳体，使观测窗刚好与水面齐平，记录编码器读数，继续转动编码器，放下入水壳体，到达待测位置，记录编码器读数，两读数之差即为测量位置到水面的垂直距离；

11)使用计算机发出指令打开工业相机和环形LED光源，工业相机开始拍摄图像；拍摄设定的张数后停止，计算机发出指令关闭工业相机和环形LED光源；

12)使用计算机处理所拍摄的图像；对每张图像，首先使用颗粒图像识别算法识别出泥沙颗粒光斑，再使用拉普拉斯算子计算每个泥沙颗粒光斑的对焦指数，对焦指数大于设定值的泥沙颗粒光斑即位于景深区域内，计算景深区域内每个泥沙颗粒光斑的直径，按照泥沙颗粒光斑直径与泥沙颗粒粒径的关系式得到景深区域内每个泥沙光斑对应泥沙颗粒的粒径，统计所有张图像中景深区域内的泥沙颗粒的粒径分布即得到测量位置处河流中泥沙级配，按照球体计算所有张图像中景深区域内的泥沙颗粒的总体积，除以图像张数倍景深区域的体积V即得测量位置处河流中泥沙浓度。

说明书

一种天然河流中泥沙浓度级配原位实时测量装置及其方法

技术领域

[0001] 本发明属于环境原位监测技术领域，特别涉及一种天然河流中泥沙浓度级配原位实时测量装置。

背景技术

[0002] 天然河流中的悬浮于水中的泥沙浓度与级配是河流的重要水文与环境参数。天然河流中悬浮泥沙颗粒的粒径大多在0.2mm以下，目前已有采样分析法、光学检测法、声学检测法和图像类方法等多种方法获得泥沙浓度或者泥沙级配。

[0003] 采样分析法是一种传统方法，利用采样器直接从河流中采集水样，在分析室中进行浓度和级配的分析。该方法测量精度高，但需要专门的设备，测量效率受人力物力的制约，无法实现实时原位测量，不易掌握泥沙输移的时空变化规律。

[0004] 光学检测方法采用光学手段测量天然河流水流中的含沙浓度与级配，大致可分为透射法、浊度法、光学反向散射法(optical backscatter，OBS)和激光衍射法(Laser diffraction)。

[0005] 透射法、浊度法和光学反向散射法的原理基本相同，只是传感器的安装位置有所差异。这三种方法的主要原理是利用水中颗粒物对光的散射作用获知颗粒物的数量信息。这三种方法的仪器自带光源和散射传感器，光源多使用红外光，提供稳定光束穿过待测水体。散射传感器固定在与光束传播方向成一大角度的位置上(140°-165°)时，称为OBS；
安装在与光束垂直的位置时，称为浊度计；当散射传感器正对光束时，称为透射计。光束遇见颗粒物时会产生散射，部分光束的传播方向会改变并进入散射传感器。确定散射光强度与泥沙浓度的关系后，即可根据传感器所得数据实时测量河流水体中的泥沙浓度。透射法、浊度法、光学反向散射法仅能得到泥沙浓度，不能得到泥沙级配。同时，由于不同基质、粒径和颜色的泥沙颗粒对光的散射性能存在很大差异，所以在相同泥沙浓度的情况下，散射传感器接受到的光强会差异很大，透射法、浊度法、光学反向散射法的准确性较低。

[0006] 激光衍射法的基本原理是利用光经过固体颗粒边缘时发生衍射来测量泥沙颗粒的大小。光经过固体颗粒边缘时，有一部分光会绕过固体颗粒并偏离原方向继续传播，颗粒越小，偏离角度越大。在光的波长与颗粒直径相比很小时，光在圆形边缘的衍射可用Fraunhoff理论描述。因此只需测量光经过颗粒后的偏离角度，就能通过理论算出与颗粒等效的圆球直径。激光衍射法的设备基本布置方式是使用单色激光作为光源，穿透数毫米到数厘米的待测水体，在测量水体后布置傅里叶透镜，并在透镜的后焦面设置光电探测器。光电探测器由多级不同直径的同心圆环组成，每级圆环接受不同偏离角度的光线，可反算出泥沙级配。同时，提前进行率定后，根据各级光电探测器得到的信号强度，可以使用经验关系得到相应粒径的浓度，因此激光衍射法能同时测量泥沙浓度与级配。目前全世界仅有Sequoia Scientific公司提供能用于野外实测的仪器，称为激光原位散射透射测量仪(laser in situ scattering and transmissometry，LISST)。实验室和野外测试表明，LISST的泥沙级配测量误差较大，在20％～40％左右。在泥沙浓度测量方面，由于光电探测3
器必须接收到足够的光才能得到可靠信号，因此LISST仅适用于0.1～10kg/m的低浓度情况。同时，由于LISST的浓度测量依赖于经验关系，导致测量精度并不高。

[0007] 声学检测法的原理与透射法、浊度法、光学反向散射法类似，只不过此时的信号源由光变为声波，所以声学检测法也只能得到泥沙浓度而不能得到泥沙级配。同时，虽然声波的反射强度随泥沙浓度而增加，但在其传播过程中则随浓度加大而衰减，因此，这类方法只3
能测量0.6～3.0kg/m的浓度范围，使用范围非常有限。

[0008] 随着微距摄影技术和数字图像技术的发展，目前已经有比较好的微距摄像镜头拍摄放大率较高的图像，清晰反映天然河流中粒径较小的泥沙颗粒，同时从图像中提取颗粒物并计算光斑大小的颗粒图像识别算法也已比较成熟，也有拉普拉斯算子等方法计算对焦指数，判断图像中捕捉到的泥沙颗粒是否位于景深区域内。基于这些方法，使得采用图像类方法测量泥沙浓度和级配成为可能。于连生等人的实用新型专利“现场悬浮沙粒径谱测量仪”(ZL01271006.7)提出一种能获得反映海水悬浮沙颗粒大小和分布的悬浮沙粒径谱的装置，使被测水体从进水口进入测量盒中，用激光片光源从下部照亮被测水体，旁侧照相机拍摄图像，分析后得出结果。但由于仪器结构的限制，入水后测量盒内就灌满了水体，与需要测量位置(如不同深度)的水体没有置换，且测量盒内的泥沙会沉淀，使用该仪器难以实现原位实时测量。于连生等人的发明专利“水中悬沙图像仪”(ZL200510013103.2)提出一种能完成水中悬沙颗粒粒径分布和悬沙浓度的现场测量的装置。装置通过拍摄两片玻璃之间的薄层水体中的粒子图像计算泥沙浓度和级配，上下两玻璃片通过来回错动更换测量水体，但是玻璃片错动时会影响周围流动，较粗的泥沙颗粒难以进入到玻璃片之间，并且由于水体粘滞力的作用，在不动的玻璃片上会粘附细颗粒泥沙，使进入玻璃片之间的水体与原位水体存在差别，故这种方法测得的数据难以反映真实的情况。

[0009] 另外还有一些应用很少的方法如B超成像测量低含沙量的泥沙浓度、遥感影像解译分析泥沙浓度等，均只能测量泥沙浓度而不能同时测量泥沙级配，不再做详细介绍。

发明内容

[0010] 本发明的目的是为克服已有野外环境下泥沙浓度级配原位实时测量方法的不足，提供一种天然河流中泥沙浓度级配原位实时测量装置及其方法。本发明具有精度较高、使用方便、成本较低的优点。

[0011] 为实现上述目的，本发明提出一种天然河流中泥沙浓度级配原位实时测量装置，其特征在于：该装置包括入水壳体、编码器和计算机；入水壳体为封闭的水下测量设备，编码器和计算机设置在被测水体上方的载体上；在该入水壳体的侧面壁上设置一透明的平面观测窗，在该入水壳体内部的平面观测窗固定安装有由环形LED光源、微距镜头和工业相机组成的测量设备，微距镜头同轴安装在工业相机上，工业相机和环形LED光源均对准观测窗，环形LED光源透过观测窗照亮的入水壳体之外的水体，使工业相机能够拍摄到被环形LED光源照亮的入水壳体外的水体；入水壳体顶端通过缆绳与编码器连接；入水壳体中的测量设备通过数据线与计算机连接。

[0012] 本发明提出一种基于上述天然河流中泥沙浓度级配原位实时测量装置的测量方法，其特征在于，该方法包括对测量装置的标定和对天然河流中泥沙浓度级配原位实时测量两部分；

[0013] 所述对测量装置的标定具体包括：

[0014] 1)对景深区域的体积进行标定：制作标定桶，转动编码器将入水壳体放入标定桶中，向标定桶中充入清水直至淹没入水壳体观测窗；

[0015] 2)将一钢板尺固定在有刻度读数的光具座上，将光具座放入标定桶内，并放置在观测窗前，调整钢板尺，并记录钢板尺面与观测窗外壁距离；

[0016] 3)旋转微距镜头的对焦环使得工业相机拍摄的图像在钢板尺的尺面对焦，记录工业相机所拍摄图像所覆盖的实际面积；

[0017] 4)再将钢板尺以设定的步长向观测窗靠近，每靠近一次工业相机拍摄一张图像，使用拉普拉斯算子计算图像中心的对焦指数，直到对焦指数小于设定值时，停止移动钢板尺，并记录钢板尺位置在光具座上的读数；

[0018] 5)再将钢板尺22以步骤4)的一倍步长远离观测窗，每远离一次工业相机均拍摄一张图像，使用拉普拉斯算子计算图像中心的对焦指数，直到对焦指数小于设定值时，停止移动钢板尺，并记录钢板尺位置在光具座上的读数；

[0019] 6)根据步骤4)、5)记录的钢板尺位置，即标定出景深区域的体积；固定微距镜头的对焦环,取出入水壳体，将标定筒水倒出；

[0020] 7)配制已知泥沙浓度、泥沙粒径的浑水，搅拌均匀后注入标定桶中，再将入水壳体放入标定桶中，直至淹没观测窗；

[0021] 8)使用计算机打开环形LED光源，并控制工业相机拍摄多张图像，保存在计算机中；在计算机中利用颗粒图像识别算法提取图像中的泥沙颗粒光斑，再使用拉普拉斯算子计算每个泥沙颗粒光斑的对焦指数，将对焦指数大于设定值的泥沙颗粒光斑识别出并计算其以图像像素为单位的直径，记录所有张图像中的对焦指数大于设定值的所有泥沙颗粒光斑直径的平均值；

[0022] 9)放空标定桶中的浑水，洗净标定桶；配制不同泥沙浓度、不同泥沙粒径的浑水进行标定，记录图像中相应的泥沙光斑直径的平均值，标定得出泥沙颗粒光斑直径与泥沙颗粒粒径的关系式；将标定好的关系式存储在计算机中；

[0023] 所述将标定好的天然河流中泥沙浓度级配原位实时测量装置用于实际测量，具体包括以下步骤：

[0024] 10)将所述天然河流中泥沙浓度级配原位实时测量装置架设在待测天然河流上的载体中，转动编码器，放下入水壳体，使观测窗刚好与水面齐平，记录编码器读数，继续转动编码器，放下入水壳体，到达待测位置，记录编码器读数，两读数之差即为测量位置到水面的垂直距离；

[0025] 11)使用计算机发出指令打开工业相机和环形LED光源，工业相机开始拍摄图像；拍摄设定的张数后停止，计算机发出指令关闭工业相机和环形LED光源；

[0026] 12)使用计算机处理所拍摄的图像；对每张图像，首先使用颗粒图像识别算法识别出泥沙颗粒光斑，再使用拉普拉斯算子计算每个泥沙颗粒光斑的对焦指数，对焦指数大于设定值的泥沙颗粒光斑即位于景深区域内，计算景深区域内每个泥沙颗粒光斑的直径，按照泥沙颗粒光斑直径与泥沙颗粒粒径的关系式得到景深区域内每个泥沙光斑对应泥沙颗粒的粒径，统计所有张图像中景深区域内的泥沙颗粒的粒径分布即得到测量位置处河流中泥沙级配，按照球体计算所有张图像中景深区域内的泥沙颗粒的总体积，除以图像张数倍景深区域的体积V即得测量位置处河流中泥沙浓度。

[0027] 本发明的特点及有益效果：本发明利用环形LED光源照亮天然河流中的水体，使用微距摄像技术拍摄天然河流中悬浮泥沙颗粒的数字图像，再根据数字图像方法得到泥沙浓度级配，具有精度较高、使用方便、成本较低的优点。

附图说明

[0028] 图1为本发明装置布置图；

[0029] 图2为本发明中的装置标定图；

具体实施方式

[0030] 下面结合附图及实施例详细说明本发明技术方案中所涉及的各个细节问题。需要指出的是，所描述的实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

[0031] 本发明的一种天然河流中泥沙浓度级配原位实时测量装置实施例，如图1所示，该装置包括入水壳体11、编码器113和计算机114。编码器113和计算机114放置在被测水体上方的载体(例如船)上；入水壳体11为水下测量设备，上部为正方体，下部为四棱椎体。在正方体一面的边壁上开设观测窗12，通过观测窗12能够观察入水壳体11外部的情况。正方体内部安装固定工业相机13和环形LED光源15，微距镜头14安装在工业相机13上，工业相机13和环形LED光源15均对准观测窗12，并保证工业相机13能够拍摄到环形LED光源15发出的光柱17透过观测窗12照亮的入水壳体11之外的水体。入水壳体11顶端焊接吊装环110，吊装环110上安装钢缆112，钢缆112的另一端伸出水面111，并与编码器113连接；入水壳体11中的设备通过数据线16与计算机114连接。

[0032] 上述装置的工作原理为：将所述天然河流中泥沙浓度级配原位实时测量装置架设在天然河流上，转动编码器113，放下入水壳体11，待观测窗12下缘与水面111基本平齐时，记录编码器113读数，继续转动编码器113，使入水壳体11进入水中，到达预定测量位置时停止转动编码器113，记录编码器113读数，将两次读数相减即为测量位置距水面的垂向距离；计算机114发出指令，通过数据线16打开环形LED光源15和工业相机13，环形LED光源15发出光柱17透过观测窗12照亮河流中的水体，工业相机13对准光柱17照亮的区域，拍摄泥沙颗粒18的图像，工业相机13拍摄时，位于景深区域19内的泥沙颗粒18能够清晰成像，在景深区域19外的泥沙颗粒18成像虚化；工业相机13拍摄所得图像通过数据线16传输回计算机114进行记录；对工业相机13拍摄所得图像，首先使用颗粒图像识别算法识别出泥沙颗粒光斑，再使用拉普拉斯算子计算每个泥沙颗粒光斑的对焦指数，识别出位于景深区域19内的泥沙颗粒光斑并计算其直径，按照事先标定好的泥沙光斑直径与泥沙颗粒粒径的关系式得到泥沙光斑对应的泥沙颗粒18的粒径，统计景深区域19内的泥沙颗粒18的粒径分布即得到测量位置处河流中泥沙级配，按照球体计算景深区域19内的泥沙颗粒的总体积，除以事先标定好的景深区域19的体积即得测量位置处河流中的泥沙浓度。

[0033] 本实施例各部件的具体实现方式分别说明如下：

[0034] 如图1所示，本实施例中入水壳体11使用不锈钢板焊接而成，上部为边长300mm正方体，下部为四棱椎体，棱锥底面为边长300mm的正方形，棱锥高100mm；在正方体一侧面的不锈钢边壁上预留边长为80mm的正方形孔，使用边长为80mm的钢化玻璃填在孔内，形成观测窗12，四边采用铜片固定，玻璃胶止水；入水壳体11内部安装工业相机13和环形LED光源15，工业相机13采用AVT GE4900型相机，环形LED光源15的型号为LDR2-120SW2；微距镜头14为CanonMP-E65/2.8Macro镜头，安装在工业相机13上，工业相机13和环形LED光源15均对准观测窗12，并保证工业相机13能够拍摄到环形LED光源15发出的光柱17透过观测窗12照亮的入水壳体11之外的水体；入水壳体11顶端焊接吊装环110，吊装环110上安装钢缆112，钢缆112的另一端伸出水面111，并与编码器113连接，编码器113型号为多摩川OIH100；入水壳体11中的工业相机13和环形LED光源15以及编码器113通过数据线16与计算机114连接，计算机114为联想Erazer T430型分体台式计算机，其中安装AVT GE4900相机、多摩川OIH100编码器的控制程序和LDR2-120SW2型环形LED光源的开关程序。

[0035] 本发明提出基于上述天然河流中泥沙浓度级配原位实时测量装置的测量方法实施例，包括对测量装置的标定和天然河流中泥沙浓度级配原位实时测量两部分；

[0036] 对测量装置的标定具体包括：

[0037] 1)对景深区域19的体积进行标定：制作标定桶23，如图2所示，标定筒23为钢制圆桶，直径600mm、高1000mm，转动编码器113将入水壳体11放入标定桶23中，向标定桶23中充水直至淹没观测窗12；

[0038] 2)将钢板尺22固定在有刻度读数的光具座21上，光具座21型号为合肥科博2507光具座；将光具座21放入标定桶23内，并放置在观测窗12前，调整钢板尺22使得尺面距观测窗12外壁的距离为10mm(尺面与观测窗12外壁的距离范围为5-20mm为宜；值越小时，工业相机13所拍摄图像的对焦位置距离观测窗12外壁太近，此处水体受到观测窗12外壁的影响，与河流原始水体中的含沙情况将有所不同，造成测量结果与实际情况存在差异；值越大时，光线需要穿透的浑水越厚，工业相机13拍摄清晰图像越困难，测量结果也越不精确)；

[0039] 3)旋转微距镜头14的对焦环使得工业相机13拍摄的图像在钢板尺22的尺面对2
焦，记录工业相机13所拍摄图像所覆盖的实际面积为S＝175.8mm；

[0040] 4)之后将钢板尺22以0.5mm为步长向观测窗12靠近，每靠近一次工业相机13拍摄一张图像，使用拉普拉斯算子计算图像中心的对焦指数，直到对焦指数小于5000时(值越大，景深范围越小，对焦越清晰，但是捕捉到的泥沙颗粒光斑越少；值越小，景深范围越大，对焦越不清晰，但是捕捉到的泥沙颗粒光斑越多,可通过实验选择具体数值以达到最佳效果)，停止移动钢板尺22，并记录钢板尺位置在光具座21上的读数为216mm；

[0041] 5)之后将钢板尺22以0.5mm为步长远离观测窗12，每远离一次工业相机13均拍摄一张图像，使用拉普拉斯算子计算图像中心的对焦指数，直到对焦指数小于5000时，停止移动钢板尺22，并记录钢板尺位置在光具座21上的读数为214.5mm；

[0042] 6)取出水中的光具座21；根据步骤4)、5)记录的钢板尺位置，此时标定出景深区3
域19的体积为V＝175.8*1.5＝263.7mm；固定微距镜头14的对焦环；完成测量装置的标定；

[0043] 2)本实施例中标定图像中泥沙颗粒光斑大小与泥沙颗粒18的粒径之间的关系3
式：配制泥沙浓度为0.5kg/m、泥沙粒径为0.1mm的浑水，搅拌均匀后注入标定桶23中；使用计算机114打开环形LED光源15，并控制工业相机13拍摄1000张图像，保存在计算机
114中；在计算机114中利用颗粒图像识别算法提取图像中的泥沙颗粒光斑，再使用拉普拉斯算子计算每个泥沙颗粒光斑的对焦指数，将对焦指数大于5000的泥沙颗粒光斑识别出并计算其以图像像素为单位的直径，记录1000张图像中的所有对焦指数大于5000的泥沙颗粒光斑直径的平均值；放空标定桶23中的浑水，洗净标定桶23；配制泥沙浓度为0.5kg/
3
m、不同泥沙粒径的浑水进行标定，记录图像中相应的泥沙光斑直径的平均值，标定得出泥沙颗粒光斑直径与泥沙颗粒粒径的关系式；将标定好的关系式存储在计算机114中；

[0044] 将标定好的天然河流中泥沙浓度级配原位实时测量装置用于实际测量，具体包括以下步骤：

[0045] 1)将所述天然河流中泥沙浓度级配原位实时测量装置架设在天然河流上，转动编码器113，放下入水壳体11，使观测窗12刚好与水面111齐平，记录编码器113读数，继续转动编码器113，放下入水壳体11，到达待测位置，记录编码器113读数，两读数之差即为测量位置到水面的垂直距离；

[0046] 2)使用计算机114发出指令打开工业相机13和环形LED光源15，工业相机13开始拍摄图像；拍摄100张(值越大测量结果越精确，但是测量时间越长，值越小测量时间越短，但是测量精度越低，可根据测量精度要求确定拍摄张数)后停止，计算机114发出指令关闭工业相机13和环形LED光源15。

[0047] 3)使用计算机114处理所拍摄的图像；对每张图像，首先使用颗粒图像识别算法识别出泥沙颗粒光斑，再使用拉普拉斯算子计算每个泥沙颗粒光斑的对焦指数，对焦指数大于5000的泥沙颗粒光斑即位于景深区域19内，计算景深区域19内每个泥沙颗粒光斑的直径，按照泥沙颗粒光斑直径与泥沙颗粒粒径的关系式得到景深区域19内每个泥沙光斑对应泥沙颗粒18的粒径，统计100张图像中景深区域19内的泥沙颗粒18的粒径分布即得到测量位置处河流中泥沙级配，按照球体计算100张图像中景深区域19内的泥沙颗粒的总体积，除以100倍景深区域19的体积V即得测量位置处河流中泥沙浓度。