基于高光谱图像的地下水微塑料智能检测方法技术

本发明专利技术涉及图像处理技术领域，提出了一种基于高光谱图像的地下水微塑料智能检测方法，包括：获取地下水微塑料的高光谱图像，对地下水微塑料的高光谱图像进行预处理得到灰度图像；获取疑似微塑料像素点与非疑似微塑料像素点；获取疑似微塑料像素点的灰度值波动方向及方向灰度值变化梯度；根据方向灰度值变化梯度获取局部微塑料丰富度，进而获取疑似微塑料聚集点；获取每个疑似微塑料像素点的邻接像素点及邻接距离，进而获取颗粒分布匀称度；获取环境灰度值，进而获取反光透射率；根据反光透射率与颗粒分布匀称度获取微塑料置信度，进而获取每个像素点的模糊隶属度

【技术实现步骤摘要】
基于高光谱图像的地下水微塑料智能检测方法


[0001]本专利技术涉及图像处理
，具体涉及一种基于高光谱图像的地下水微塑料智能检测方法
。

技术介绍

[0002]地下水微塑料是指在地下水中存在的微小颗粒状或纤维状的塑料颗粒，通常是由塑料制品的分解
、
微粒污染物的沉积引起的
。
地下水作为重要的饮用水来源，由于其微小的尺寸和难以分解的特性，对环境和人类健康可能造成潜在的风险
。
微塑料颗粒可以通过拉曼光谱或傅里叶变换红外光谱检测，但检查过程必须对大量粒子单独分析
,
并先在视觉上识别可疑微塑料粒子，消耗大量的时间
。
[0003]目前采用高光谱图像对地下水环境中的微塑料进行检测，高光谱图像的每个像元都包含了来自不同波段的光谱信息，具有丰富的光谱特征，有助于识别和监测地下水微塑料
。
然而对于颗粒微小，具有一定透射度的地下水微塑料而言，微塑料与地下水环境的区分仍然存在模糊现象，难以对图像中的微塑料进行检测，检测精度不高
。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种基于高光谱图像的地下水微塑料智能检测方法，以解决现有的地下水中的微塑料检测方法受图像清晰度的影响造成的检测精度不高的问题，所采用的技术方案具体如下：本专利技术一个实施例提供了一种基于高光谱图像的地下水微塑料智能检测方法，该方法包括以下步骤：获取地下水微塑料的高光谱图像，对所述高光谱图像进行预处理得到灰度图像；获取灰度图像中每个像素点的邻域窗口，根据邻域窗口中像素点的灰度值获取疑似微塑料像素点与非疑似微塑料像素点；获取疑似微塑料像素点的灰度值波动方向；获取每个疑似微塑料像素点在灰度值波动方向上的波动半径，根据波动半径内像素点的灰度值计算每个灰度值波动方向的方向灰度值变化梯度；根据所有灰度值波动方向的方向灰度值变化梯度计算每个疑似微塑料像素点的局部微塑料丰富度，进而获取疑似微塑料聚集点；根据每个疑似微塑料聚集点的邻域窗口中的部分疑似微塑料聚集点到邻域窗口中心的距离获取每个疑似微塑料聚集点的邻接像素点及邻接距离；根据局部微塑料丰富度与邻接距离获取每个疑似微塑料聚集点的颗粒分布匀称度；根据非疑似微塑料像素点邻域窗口中像素点的灰度值获取环境灰度值，进而结合疑似微塑料聚集点的邻域窗口中所有像素点的灰度值获取疑似微塑料聚集点的反光透射率；根据反光透射率与颗粒分布匀称度获取每个疑似微塑料聚集点的微塑料置信度，获取非疑似微塑料聚集点的微塑料置信度，根据微塑料置信度获取每个像素点的模糊隶属度
。
[0005]进一步，所述获取灰度图像中每个像素点的邻域窗口，根据邻域窗口中像素点的
灰度值获取疑似微塑料像素点与非疑似微塑料像素点，包括的具体方法为：分别以灰度图像中每个像素点为中心构建预设大小的窗口，将所述窗口作为像素点的邻域窗口；获取每个像素点的邻域窗口中所有像素点的灰度值方差，将邻域窗口中所有像素点的灰度值方差大于第一预设阈值的像素点作为疑似微塑料像素点，将邻域窗口中所有像素点的灰度值方差小于第一预设阈值的像素点作为非疑似微塑料像素点
。
[0006]进一步，所述获取疑似微塑料像素点的灰度值波动方向，包括的具体方法为：将以疑似微塑料像素点为起点，竖直向上的方向记为0，顺时针每增加
45
°
方向加1，进而获得0到7共计八个方向；将以疑似微塑料像素点为起点的0到7八个方向作为疑似微塑料像素点的灰度值波动方向
。
[0007]进一步，所述获取每个疑似微塑料像素点在灰度值波动方向上的波动半径，根据波动半径内像素点的灰度值计算每个灰度值波动方向的方向灰度值变化梯度，包括的具体方法为：分别以每个疑似微塑料像素点为中心，获取灰度值波动方向上预设长度的波动半径；计算每个灰度值波动方向上波动半径内所有像素点的灰度值变化梯度，将所有像素点的灰度值变化梯度的均值作为灰度值波动方向的方向灰度值变化梯度
。
[0008]进一步，所述根据所有灰度值波动方向的方向灰度值变化梯度计算每个疑似微塑料像素点的局部微塑料丰富度，进而获取疑似微塑料聚集点，包括的具体方法为：将所有灰度值波动方向的方向灰度值变化梯度的均值作为每个疑似微塑料像素点的局部微塑料丰富度；将局部微塑料丰富度大于第二预设阈值的疑似微塑料像素点记为疑似微塑料聚集点
。
[0009]进一步，所述根据每个疑似微塑料聚集点的邻域窗口中的部分疑似微塑料聚集点到邻域窗口中心的距离获取每个疑似微塑料聚集点的邻接像素点及邻接距离，包括的具体方法为：分别将每个疑似微塑料聚集点作为待分析像素点；获取待分析像素点的邻域窗口中距离邻域窗口中心最近的预设数量的疑似微塑料聚集点，将所述距离邻域窗口中心最近的预设数量的疑似微塑料聚集点作为待分析像素点的邻接像素点；将邻接像素点到邻域窗口中心的距离作为待分析像素点的邻接距离
。
[0010]进一步，所述根据局部微塑料丰富度与邻接距离获取每个疑似微塑料聚集点的颗粒分布匀称度，包括的具体方法为：根据局部微塑料丰富度与邻接距离获取疑似微塑料聚集点的颗粒分布匀称度，计算公式为：
其中，为疑似微塑料聚集点的颗粒分布匀称度；为疑似微塑料聚集点的局部微塑料丰富度；为邻域中第个邻接像素点到的邻接距离；为所有邻接距离的均值；为疑似微塑料聚集点的邻接像素点的个数；为调参因子
。
[0011]进一步，所述根据非疑似微塑料像素点邻域窗口中像素点的灰度值获取环境灰度值，进而结合疑似微塑料聚集点的邻域窗口中所有像素点的灰度值获取疑似微塑料聚集点的反光透射率，包括的具体方法为：获取每个非疑似微塑料像素点的邻域窗口内所有像素点的灰度值方差，将所有像素点的灰度值方差最小的邻域窗口作为环境窗口，将环境窗口内所有像素点的灰度值均值作为环境灰度值；将疑似微塑料聚集点的邻域窗口中所有像素点的灰度值均值作为局部反射均值；将疑似微塑料聚集点的灰度值与局部反射均值的差值作为局部反射差值；将环境灰度值与局部反射均值的差值作为全局反射差值，将全局反射差值的绝对值与局部反射差值的绝对值的比值作为透射值；将透射值与数字1的差值的绝对值作为疑似微塑料聚集点的反光透射率
。
[0012]进一步，所述根据反光透射率与颗粒分布匀称度获取每个疑似微塑料聚集点的微塑料置信度，包括的具体方法为：将反光透射率与颗粒分布匀称度的乘积作为疑似微塑料聚集点的微塑料置信度
。
[0013]进一步，所述根据微塑料置信度获取每个像素点的模糊隶属度，包括的具体方法为：根据微塑料置信度获取像素点的模糊隶属度，计算公式为：其中，表示图像中第行第列的像素点的灰阶对应的模糊隶属度；为图像最大灰度级；为像素点的灰度级；为大于零的指数模糊化因子；为分母模糊化因子；为像素点的微塑料置信度
。
[0014]本专利技术的有益效果是：根据微塑料聚集区域的灰度值波动获取每个疑似微塑料像素点的局部微塑料丰富度，局部微塑料丰富度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于高光谱图像的地下水微塑料智能检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：获取地下水微塑料的高光谱图像，对所述高光谱图像进行预处理得到灰度图像；获取灰度图像中每个像素点的邻域窗口，根据邻域窗口中像素点的灰度值获取疑似微塑料像素点与非疑似微塑料像素点；获取疑似微塑料像素点的灰度值波动方向；获取每个疑似微塑料像素点在灰度值波动方向上的波动半径，根据波动半径内像素点的灰度值计算每个灰度值波动方向的方向灰度值变化梯度；根据所有灰度值波动方向的方向灰度值变化梯度计算每个疑似微塑料像素点的局部微塑料丰富度，进而获取疑似微塑料聚集点；根据每个疑似微塑料聚集点的邻域窗口中的部分疑似微塑料聚集点到邻域窗口中心的距离获取每个疑似微塑料聚集点的邻接像素点及邻接距离；根据局部微塑料丰富度与邻接距离获取每个疑似微塑料聚集点的颗粒分布匀称度；根据非疑似微塑料像素点邻域窗口中像素点的灰度值获取环境灰度值，进而结合疑似微塑料聚集点的邻域窗口中所有像素点的灰度值获取疑似微塑料聚集点的反光透射率；根据反光透射率与颗粒分布匀称度获取每个疑似微塑料聚集点的微塑料置信度，获取非疑似微塑料聚集点的微塑料置信度，根据微塑料置信度获取每个像素点的模糊隶属度
。2.
根据权利要求1所述的一种基于高光谱图像的地下水微塑料智能检测方法，其特征在于，所述获取灰度图像中每个像素点的邻域窗口，根据邻域窗口中像素点的灰度值获取疑似微塑料像素点与非疑似微塑料像素点，包括的具体方法为：分别以灰度图像中每个像素点为中心构建预设大小的窗口，将所述窗口作为像素点的邻域窗口；获取每个像素点的邻域窗口中所有像素点的灰度值方差，将邻域窗口中所有像素点的灰度值方差大于第一预设阈值的像素点作为疑似微塑料像素点，将邻域窗口中所有像素点的灰度值方差小于第一预设阈值的像素点作为非疑似微塑料像素点
。3.
根据权利要求1所述的一种基于高光谱图像的地下水微塑料智能检测方法，其特征在于，所述获取疑似微塑料像素点的灰度值波动方向，包括的具体方法为：将以疑似微塑料像素点为起点，竖直向上的方向记为0，顺时针每增加
45
°
方向加1，进而获得0到7共计八个方向；将以疑似微塑料像素点为起点的0到7八个方向作为疑似微塑料像素点的灰度值波动方向
。4.
根据权利要求1所述的一种基于高光谱图像的地下水微塑料智能检测方法，其特征在于，所述获取每个疑似微塑料像素点在灰度值波动方向上的波动半径，根据波动半径内像素点的灰度值计算每个灰度值波动方向的方向灰度值变化梯度，包括的具体方法为：分别以每个疑似微塑料像素点为中心，获取灰度值波动方向上预设长度的波动半径；计算每个灰度值波动方向上波动半径内所有像素点的灰度值变化梯度，将所有像素点的灰度值变化梯度的均值作为灰度值波动方向的方向灰度值变化梯度
。5.
根据权利要求1所述的一种基于高光谱图像的地下水微塑料智能检测方法，其特征在于，所述根据所有灰度值波动方向的方向灰度值变化梯度计算每个疑似微塑料像素点的局部微塑料丰富度，进而获取疑似微...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪滨，滕建标，任改，
申请(专利权)人：生态环境部华南环境科学研究所生态环境部生态环境应急研究所，
类型：发明
国别省市：