一种基于图像处理的重金属比色识别装置及方法制造方法及图纸

一种基于图像处理的重金属比色识别装置及方法，其装置包括拍摄模块、补光模块、固定模块、控制模块、供电模块与显示模块，补光模块又包含可调补光灯与颜色指定标签，可调补光灯与拍摄模块固定在固定装置上与容器相对安装，颜色指定标签安装在水样容器上，可调补光灯、拍摄模块和显示模块与控制模块相连，实现将重金属含量以数据的形式显示，供电模块用于整个装置的供电；其方法是将检测试剂滴入采集来的样本水中，待其稳定，由拍摄模块得到反应液的颜色图像，对其进行图像预处理，输入训练好的神经网络，从而判断其重金属含量。本发明专利技术可实现自动对重金属含量进行精确监测，具有极高的推广价值。

A color recognition device and method for heavy metals based on image processing

A device for colorimetric identification of heavy metals based on image processing and the method, the device comprises a shooting module, lighting module, control module, power supply module, the fixed module and the display module, the light module includes adjustable light and color label, adjustable lights and shooting module mounted on the container and relative installation the specified color, tag is installed in the water container, adjustable lights, shooting module and display module is connected with the control module, the heavy metal content in the form of data display, power supply module for power supply of the entire device; the method is that the detection reagent drops into the collection of sample water, the stability, color the image of reaction liquid by shooting module, the image preprocessing, input the trained neural network, in order to determine the content of heavy metal. The invention can automatically monitor the content of heavy metals automatically, and has high popularization value.

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像处理的重金属比色识别装置及方法
本专利技术涉及一种重金属比色识别技术，尤其是一种基于图像处理的重金属比色识别装置及方法，属于水质监测领域。
技术介绍
随着全球经济的迅速发展，人类对水资源需求量越来越大，但同时水资源的污染问题也日益严重。在众多水污染中重金属污染占了相当大的比例。而重金属污染又容易在生物链中富集和扩大，并且毒性较大，因此水中重金属超标及其造成的问题已经严重危害到生态环境和人类的生命健康，所以对水中的重金属含量的检测至关重要。目前，国内外真正应用于水中重金属在线分析的技术主要是比色法和电化学分析方法。比色法又称分光光度法是化学分析中常用的方法之一，是经典的化学分析方法之一，主要基Lambert-Beer定律，在一定的条件下，重金属离子与某一特定的试剂进行化学反应，在溶液中产生新的化学物质，该物质一般具有特定吸收波长光，当一束与新产生的化学物质匹配的单色光通过该溶液时，溶液的吸光度与溶液中新产生的化学物质浓度相关，据此建立吸光度与被测组分的浓度关系。该方法原理简单，不需要特殊设备，一般分光光度计即可满足需求，因此在实验室重金属分析中依旧较为常见。但该方法面临突出的离子干扰问题，因而精确性与可靠性不高，且缺乏自动性。申请号为CN201510413799.1的专利技术专利，虽然公开了通过图像分析实现重金属浓度预测的装置和方法，但是其建立的模型给出的是金属浓度的预测范围，存在模型的建立难度大，测量精度低的不足，同时，需要先识别重金属种类，然后测量的金属浓度为一个范围值，不精确。
技术实现思路
为了克服现有技术的上述不足，本专利技术提供一种基于图像处理的重金属比色识别装置及方法，可实现自动化与精确化的重金属含量判定，具有极高的推广价值。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：一种基于图像处理的重金属比色识别装置，包括拍摄模块、补光模块、固定模块、控制模块、显示模块和供电模块，所述补光模块包含可调补光灯和颜色指定标签，所述拍摄模块与可调补光灯安装于固定模块上并与水样容器相对，可调补光灯布置于拍摄模块的四周，颜色指定标签安装在水样容器的内壁，拍摄模块也与控制模块的输入端相连，控制模块的输出端分别与可调补光灯和显示模块相连，供电模块为整个装置供电；比色识别装置工作于没有光照的条件下。一种基于图像处理的重金属比色识别装置的重金属比色识别方法，包括以下步骤：步骤一、建立去燥后的标准对比图库和RBF神经网络金属浓度预测模型(1)确定颜色指示标签的图像拍摄效果较好的光照为标准曝光条件，并在此条件下由拍摄模块拍摄颜色指示标签的图像，输入控制模块，获得颜色指示标签像素矩阵，定义为曝光对比矩阵A；(2)在相同的标准曝光条件下，由拍摄模块获得水样金属浓度从0到浓度L下与试剂充分反应后的图像，浓度数值上增加间隔为0.001，输入至控制模块中并进行图像去噪，建立图像对比图库；(3)将图像对比图库中的所有图像输入至RBF神经网络，获得图像对比图库中的图像与对应金属浓度的拟合模型，用于金属浓度监测分析；步骤二、金属浓度监测前的预处理(1)控制模块初始化，设定补光阈值d；(2)由拍摄模块获得当前光照条件下的颜色指示标签图像，输入控制模块计算其像素矩阵B；(3)由控制模块计算||A-B||F，如果||A-B||F＞d，则装置的控制模块调整可调补光灯的亮度，并执行上一步骤，如果||A-B||F≤d，则当前为标准曝光条件，并执行下一步骤；步骤三、金属浓度监测分析(1)在标准曝光条件下，由拍摄模块获得标准曝光条件下的滴入一定量显色试剂的测试反应液的照片，并由控制模块对测试时反应液的照片进行图像去噪，并获得测试像素矩阵；(2)将反应液的测试像素矩阵输入到步骤一中建立的去燥后的对比图像与金属浓度的拟合模型中，模型的输出值即为此时水样的重金属浓度。相比现有技术，本专利技术的一种基于图像处理的重金属比色识别装置及方法，是通过设置的补光装置与拍摄装置的联合工作，在物理过滤和图像去燥基础上，获取标准光度下不同金属浓度与其充分反应后反应液的图像之间一一对应的RBF神经网络拟合方法，实现对污水中的金属浓度实现准确的定量监测。有益效果如下：1)本专利技术运用RBF神经网络建立同一种金属不同浓度(浓度间隔很小)和拍摄模块拍摄的其与试剂充分反应后的反应液图像之间一对一的拟合关系，实现污水金属浓度的精确监测；2)本专利技术对采集来的水样进行过滤处理，减少水样中固体颗粒和生物水藻对监测结果的干扰，同时，本专利技术自带具有反馈功能的补光装置，保证每次获得的反应液图像背景光照条件一致，从而达到提高金属浓度监测的准确性；3)测试时，本专利技术对获得的反应液图像进行了数字去燥分析，从算法上减少图像采集噪声对监测结果的干扰。综上，本专利技术可实现自动对重金属含量进行精确监测，具有极高的推广价值。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1为本专利技术识别装置的结构示意图，其中省略了控制模块、显示模块和供电模块。图2为本专利技术识别方法的流程示意图。图中：1、拍摄模块；2、3、可调补光灯，4、5、颜色指定标签，6、固定模块；7、水样容器。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。在图1中，一种基于图像处理的重金属比色识别装置，包括拍摄模块1、补光模块、固定模块6、控制模块、显示模块和供电模块，所述补光模块包含可调补光灯2、3和颜色指定标签4、5，所述拍摄模块1与可调补光灯2、3安装于固定模块6上并与水样容器7相对，可调补光灯2、3布置于拍摄模块1的四周，颜色指定标签4、5安装在水样容器7的内壁，通常，使颜色指定标签4、5位于水样内，可调补光灯2、3和颜色指定标签4、5数量和具体排布不限，可以根据实际情况选设，优选地，可调补光灯2、3和颜色指定标签4、5为多个并均布于拍摄模块1及水样容器7内壁的四周，这样能够使自带反馈的补光装置更加精确的调节拍摄时的光照条件，拍摄模块1还与控制模块的输入端相连，控制模块的输出端分别与可调补光灯2、3和显示模块相连，用于光度控制、数据处理与显示控制，显示模块与控制器硬件连接，实现将重金属含量以数据的形式显示，供电模块为整个装置供电；比色识别装置需要工作于没有光照的条件下，便于可调补光灯2、3对光照条件的调整。本实施例中，所述控制模块为控制器；固定模块6为安装支架或底座等可以实现将拍摄模块1与可调补光灯2、3固定于水样容器7上方的常规结构均可；拍摄模块1为相机等拍摄工具；显示模块为显示屏等显示装置；供电模块为各类电源。为了使基于图像处理的重金属比色识别方法更加精确，需要保证所述拍摄装置与水样容器7的相对位置不变，确保每次的拍摄角度与拍摄范围不变。所述控制装置通过判断拍摄装置每次拍摄得到的颜色指定标签4、5与标准颜色指定标签4、5的图像的欧式距离，进行补光的反馈控制，保证每次拍摄的光度环境一样。参见图2，一种基于图像处理的重金属比色识别装置的重金属比色识别方法，包括以下步骤：步骤一、建立去燥后的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于图像处理的重金属比色识别装置，其特征是：包括拍摄模块(1)、补光模块、固定模块(6)、控制模块、显示模块和供电模块，所述补光模块包含可调补光灯(2,3)和颜色指定标签(4,5)，所述拍摄模块(1)与可调补光灯(2,3)固定在固定模块(6)上与水样容器(7)相对安装，可调补光灯(2,3)布置于拍摄模块(1)的四周，颜色指定标签(4,5)安装在水样容器(7)的内壁，拍摄模块(1)还与控制模块的输入端相连，控制模块的输出端分别与可调补光灯(2,3)和显示模块相连，供电模块为整个装置供电。

【技术特征摘要】
1.一种基于图像处理的重金属比色识别装置，其特征是：包括拍摄模块(1)、补光模块、固定模块(6)、控制模块、显示模块和供电模块，所述补光模块包含可调补光灯(2,3)和颜色指定标签(4,5)，所述拍摄模块(1)与可调补光灯(2,3)固定在固定模块(6)上与水样容器(7)相对安装，可调补光灯(2,3)布置于拍摄模块(1)的四周，颜色指定标签(4,5)安装在水样容器(7)的内壁，拍摄模块(1)还与控制模块的输入端相连，控制模块的输出端分别与可调补光灯(2,3)和显示模块相连，供电模块为整个装置供电。2.根据权利要求1所述的一种基于图像处理的重金属比色识别装置，其特征是：所述控制模块为控制器；固定模块(6)为安装支架或底座；拍摄模块(1)为相机；显示模块为显示屏；供电模块为电源。3.一种应用如权利要求1所述的基于图像处理的重金属比色识别装置的重金属比色识别方法，其特征是：包括以下步骤：步骤一、建立去燥后的标准对比图库和RBF神经网络金属浓度预测模型(1)确定颜色指示标签的图像拍摄效果较好的光照为标准曝光条件，并在此条件下由拍摄模块(1)拍摄颜色指示标签的图像，输入控制模块，获得颜色指示标签像素矩阵，定义为曝光对比矩阵A；(2)在相同的标准曝光条件下，由拍摄模块(1)获得水样金属浓度从0到浓度L下与试剂充分反应后的图像，浓度数值上增加间...

【专利技术属性】
技术研发人员：江帆，朱真才，卞玄玄，周公博，李伟，彭玉兴，张梦，卢昊，
申请(专利权)人：江苏海德环境科技有限公司，中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32