一种基于机器视觉的水体六价铬检测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于机器视觉的水体六价铬检测方法，通过采用自动加液装置使加液过程更加精密化，避免人工操作不当，降低人工使用化学品的危险性；同时设计机器视觉装置，通过优化采集图像过程，有效减少图像采集过程中带来的干扰；并采用基于Retinex的彩色恢复多尺度MSRCR图像增强既能保持图像颜色清晰，减少图像采集中光照的影响，保证采集图像有良好的效果；最后构建基于色差模型的六价铬检测建模方法，代替传统的以相关性最大的图像特征与六价铬浓度建模方法，更综合地考虑了图像的颜色特征，所建立的色差模型鲁棒性更强，准确度更高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉的水体六价铬检测方法
本专利技术涉及水质检测
，具体涉及一种基于机器视觉的水体六价铬检测方法。
技术介绍
水体中六价铬是一种毒性很大的金属离子，短期或长期接触可致癌。我国现行的工业三废排放标准中规定，其在废水中的最高允许排放的浓度为0.5mg/L。目前，六价铬含量的检测方法有分光光度法、比色法和电化学法等，其中分光光度法虽然具有较好的灵敏度和准确度，但是昂贵的仪器和试剂使得适用范围受到较大的限制，且仪器的体积较大,维护成本高。比色法检测方便，但受主观影响大，在应用上受到限制且不能实现自动在线检测。近年来，机器视觉逐渐兴起，在工业上应用视觉技术检测的案例也越来越多，但在水质检测领域应用却很少。综合分析，主要原因为检测精度有限，通过仪器采集图像进行识别虽代替了目视比色法，消除了主观误差，但图像采集过程中受到干扰过多，图像处理后图像的好坏与回归模型的优劣直接关系到检测精度。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于机器视觉的水体六价铬检测方法，采用基于机器视觉的水体六价铬检测装置，并融合图像处理技术提出基于色差模型的水体六价铬检测方法，并结合比色法检测方便、成本低的优点，实现自动在线检测，以解决现有技术存在的问题与不足。一种基于机器视觉的水体六价铬检测方法，包括以下步骤：(1)储存显色剂和溶液，用于与水样中的六价铬反应；(2)配置不同浓度的六价铬溶液，CCD相机通过镜头拍照，获得样品图像，所述的样品图像中包括显色池和空白池；(3)依次将不同浓度水样和注射泵输出的溶液或试剂在显色池中进行反应，空白池中以去离子水作空白；(4)反应后，CCD相机通过镜头分别对显色池和空白池进行拍照，采集样品图像；(5)所采集的样品图像由图像处理模块OpenCV处理；(6)根据色差值和六价铬浓度，绘制标准曲线；(7)检测时，依次得到测样时刻的样品图像，输入程序依次进行图像增强、感兴趣(ROI)区域提取和色差值计算，所得的色差值代入标准曲线即可获得样品六价格的浓度。步骤(5)中，图像处理模块OpenCV处理的过程包括：(a)基于Retinex的彩色恢复多尺度MSRCR图像增强，可有效减少图像采集过程带来的不确定干扰；(b)图像感兴趣(ROI)区域提取，即提取每组试样的样品图像中的显色区域和空白区域；(c)将处理好的显色区域和空白区域作色差分析，由色差模型CIELAB得到色差值。为了实现上述目的，本专利技术采用基于机器视觉的水体六价铬检测装置实现基于机器视觉的水体六价铬检测方法。一种基于机器视觉的水体六价铬检测装置，包括：显色池和空白池；与所述显色池连接的显色液供液机构；与所述空白池连接的空白液供液机构；以及用于采集所述显色池和空白池图像的图像采集装置。本专利技术中，通过显色液供液机构向显色池提供用于显色的各种液体，通过空白液供液机构向空白池提供空白样液，通过图像采集装置收集显色池和空白池的图像，进行对比，根据色差分析得到色差值，代替目视比色法，消除主观误差，帮助检测系统获得更好的精度及鲁棒性。同时通过优化采集图像过程，有效减少了图像采集过程中带来的干扰。所述的显色液供液机构包括：水样储液瓶，所述的水样储液瓶通过第一导液管和第一注射泵与所述显色池连通；混酸储液瓶，所述的混酸储液瓶通过第二导液管和第二注射泵与所述显色池连通；显色剂储液瓶，所述的显色剂储液瓶通过第三导液管和第三注射泵与所述显色池连通；去离子水储液瓶，所述的去离子水储液瓶通过第四导液管和第四注射泵与所述显色池连通。所述的空白液供液机构包括：空白样储液瓶，所述的空白样储液瓶通过第五导液管和第五注射泵与所述空白池连通。所述的供液机构包括注射泵、导液管及储液瓶，所述的供液机构一共有5个，每个供液机构的储液瓶分别为水样储液瓶、混酸储液瓶、显色剂储液瓶、去离子水储液瓶及空白样储液瓶，通过分别控制第一注射泵、第二注射泵、第三注射泵、第四注射泵及第五注射泵将试剂或溶液滴入显色池和空白池中。所述的显色池和空白池由耐酸碱耐腐蚀的石英玻璃制成。所述的显色池设置有进液口和显色池排液口；所述的进液口包括水样进口、显色剂进口、混酸进口及去离子水进口，用于将试剂或溶液注入显色池中；所述的显色池排液口用于显色反应及图像采集结束后显色池中溶液排出；所述的空白池设置有空白样进口和空白池排液口；所述的空白样进口用于空白样注入空白池；所述的空白池排液口用于空白样品的排出以实现空白样的自动更新；所述的显色池和空白池设置在比色池支架上。所述的显色池排液口与第一废液管连接，所述的空白池排液口与第二废液管连接，所述的第一废液管和第二废液管共同接入废液泵和废液收集池。所述的第一废液管上设置有第一废液电磁阀，所述的第二废液管上设置有第二废液电磁阀。所述的比色池支架内部设置有废液管，所述的废液管用于显色池和空白池内液体的排出，且显色池废液管上设置有第一废液电磁阀，空白池废液管上设置有第二废液电磁阀；所述的第一废液电磁阀和第二废液电磁阀分别用于控制显色池和空白池内液体进出，通常情况都为闭合状态，当显色池中液体要排出时，先关闭第二废液电磁阀，打开第一废液电磁阀，再打开废液泵，废液经废液管排至废液池中，当空白池中液体要排出时，先关闭第一废液电磁阀，打开第二废液电磁阀，再打开废液泵，空白样经废液管排至废液池中；所述的显色池和空白池通过比色池支架设置在暗室内。所述的比色池支架为黑色PLA材料，由3D打印制成；所述的比色池支架为可拆卸式，可滑动调节显色池、空白池与镜头之间的距离。所述的暗室内设置有照射所述显色池和空白池的稳压光源。所述的暗室内设置有拍摄所述显色池和空白池的镜头，所述的镜头连接有CCD相机。所述的图像采集装置包括暗室、稳压光源、比色池支架、镜头和CCD相机，所述的暗室分为室体和盖板上下两层，方便形成一个密闭的空间，且都由3D打印机使用黑色PLA材料打印而成；所述的CCD相机与镜头、稳压光源、显色池和空白池的中心处于同一高度；所述的盖板设置有水样进口、显色剂进口、混酸进口和纯水进口；所述的稳压光源为100*120*20mm白色面光源，通过转动调节器旋钮可以调节光源强度，其功率为7-8W；所述的稳压光源设置在显色池和空白池背面，为可拆卸式，用户可根据显色颜色选择光源颜色；所述的镜头为500万像素无畸变镜头；所述的CCD相机在水样显色反应完成后对显色池和空白池进行拍摄。整个六价铬在线检测控制系统以PLC控制器为核心，实现对试剂滴加、显色反应和装置清洗的自动控制，所述的PLC控制器通过网口与计算机连接。所述的计算机通过USB与CCD相机连接，所采集到的图像数据将传输到控制界面，所述的控制界面采用Python语言基于OpenCV模块进行开发，并通过使用意大利DavideNardella开源的snap7通讯协议与PLC控制器建立通讯，实现装置的自动运行、图像本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器视觉的水体六价铬检测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)储存显色剂和溶液，用于与水样中的六价铬反应；/n(2)配置不同浓度的六价铬溶液，CCD相机通过镜头拍照，获得样品图像，所述的样品图像中包括显色池和空白池；/n(3)依次将不同浓度水样和注射泵输出的溶液或试剂在显色池中进行反应，空白池中以去离子水作空白；/n(4)反应后，CCD相机通过镜头分别对显色池和空白池进行拍照，采集样品图像；/n(5)所采集的样品图像由图像处理模块OpenCV处理；/n(6)根据色差值和六价铬浓度，绘制标准曲线；/n(7)检测时，依次得到测样时刻的样品图像，输入程序依次进行图像增强、感兴趣区域提取和色差值计算，所得的色差值代入标准曲线即可获得样品六价格的浓度。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的水体六价铬检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)储存显色剂和溶液，用于与水样中的六价铬反应；
(2)配置不同浓度的六价铬溶液，CCD相机通过镜头拍照，获得样品图像，所述的样品图像中包括显色池和空白池；
(3)依次将不同浓度水样和注射泵输出的溶液或试剂在显色池中进行反应，空白池中以去离子水作空白；
(4)反应后，CCD相机通过镜头分别对显色池和空白池进行拍照，采集样品图像；
(5)所采集的样品图像由图像处理模块OpenCV处理；
(6)根据色差值和六价铬浓度，绘制标准曲线；
(7)检测时，依次得到测样时刻的样品图像，输入程序依次进行图像增强、感兴趣区域提取和色差值计算，所得的色差值代入标准曲线即可获得样品六价格的浓度。


2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的水体六价铬检测方法，其特征在于，步骤(5)中，图像处理模块OpenCV处理的过程包括：
(a)基于Retinex的彩色恢复多尺度MSRCR图像增强；
(b)图像感兴趣区域提取，即提取每组试样的样品图像中的显色区域和空白区域；
(c)将处理好的显色区域和空白区域作色差分析，由色差模型CIELAB得到色差值。


3.根据权利要求1所述的基于机器视觉的水体六价铬检测方法，其特征在于，采用基于机器视觉的水体六价铬检测装置，包括：
显色池和空白池；
与所述显色池连接的显色液供液机构；
与所述空白池连接的空白液供液机构；
以及用于采集所述显色池和空白池图像的图像采集装置。


4.根据权利要求3所述的基于机器视觉的水体六价铬检测方法，其特征在于，所述的显色液供液机构包括：
水样...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙小方，刘腾，蔡荣耀，徐昱阳，郭石磊，刘正雨，陈慧轩，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33