[发明专利]一种基于图像识别实现溶液浓度定量测定的实验方法

权利要求书

1.一种基于图像识别实现溶液浓度定量测定的实验方法，其特征在于包括以下步骤：

S1：配制标准样已知浓度的一系列有色溶液；

S2：有色溶液浓度定量测定的实验装置包括密闭的样品外罩，样品外罩内设置有光源、图像采集器和流明度传感器；将步骤S1配制的不同浓度标准样放置于实验装置内，开启光源，流明度传感器感受实验装置内部光照强度并将其传输到电脑终端，记录相应光照功率下的稳定流明度传感器感应值I_h，建立光照功率与稳定流明度传感器感应值I_h对应关系的数据库；图像采集器对标准样进行拍摄获得标准样图像；

S3：将获得的标准样图像进行处理，即对获得的标准样图像进行亮度的归一化处理，记录标准样图像的均值亮度，并建立标准样已知浓度与相应标准样图像的均值亮度的历史数据库；

S4：测量待测样未知浓度的有色溶液时，将未知浓度的待测样放置于实验装置内，开启光源，记录测量时的流明度传感器感应值，利用图像采集器对未知浓度的待测样进行拍摄并获得待测样图像，对该待测样图像进行修整并获得均值亮度，再利用所述历史数据库获得待测样有色溶液的浓度；

步骤S4中，对待测样图像进行修整获得均值亮度的过程如下：

首先根据未知浓度的待测样测量时的流明度传感器感应值I，对待测样图像的亮度、流明度感应值进行校正处理，公式如下：

其中L为待测样图像某一点的亮度，K_a为环境反射系数，L_a为环境光强，在相同的光照功率测试条件下，K_aL_a为稳定的数值；K_d为漫反射系数，L_d为漫反射光强，α为漫反射角度系数；K_s为镜面反射系数，L_s为镜面反射光强，β为镜面反射角度系数；

因此基于待测样图像的各点位置坐标，以矩阵的形式对待测样图像的亮度、流明度感应值进行校正处理，处理的矩阵公式如下：

上述两个矩阵公式中，待测样图像的所有点位置坐标是以矩阵的形式进行表达，记录待测样图像的所有点位置坐标的矩阵形式表达为：

待测样图像的所有点位置坐标的流明度感应值以矩阵形式表达为：

由此根据待测样图像的所有位置坐标的流明度感应值，计算该整个待测样图像的平均流明度感应值公式如下：

其中I_ij表示待测样图像的任意点(i，j)坐标的流明度感应值，n²表示待测样图像的所有点位置坐标的流明度感应值I_ij总数量；

随后对待测样图像的流明度感应值偏差较大的区域进行剔除，剔除公式如下：

δ_ij表示待测样图像的任意点(i，j)坐标的流明度感应值偏差率，剔除待测样图像中δ_ij＞10％的区域，其余区域予以保留；

然后对待测样图像的对比度进行归一化处理，公式如下：

其中C_w表示对比度，C_wij是待测样图像的任意点(i，j)坐标的对比度，L_ij是待测样图像的任意点(i，j)坐标的亮度值；在数据处理过程中，设定图像对比度灵敏范围Δ；如果C_wij＞Δ，L_ij值得以保留；如果C_wij小于或等于Δ，L_ij＝0，即待测样图像的于该点(i，j)坐标的区域予以剔除，由此经过对比度处理，确定待测样图像的边界；

在待测样图像的边界确定之后，统计L_ij≠0的亮度值数目，求取得到其亮度平均值

2.如权利要求1所述的一种基于图像识别实现溶液浓度定量测定的实验方法，其特征在于步骤S4中，利用图像采集器对未知浓度的待测样进行拍摄之前还对光源进行校正，校正公式如下：

其中δ为流明度偏差率，I为对未知浓度的待测样测量时的流明度传感器感应值，I_h为数据库记载的相同光照功率下的稳定流明度传感器感应值；当δ≥5％时，调整光源的光照功率，直至流明度偏差率δ小于5％；当流明度偏差率δ小于5％时，利用图像采集器对未知浓度的待测样进行拍摄并获得待测样图像。