[发明专利]基于光纤阵列的便携式比色阵列图像采集装置及检测方法在审
申请号: | 202110169726.8 | 申请日: | 2021-02-07 |
公开(公告)号: | CN113155814A | 公开(公告)日: | 2021-07-23 |
发明(设计)人: | 潘宇祥;王镝;钱利滨;崔瑶轩;郑绪彬 | 申请(专利权)人: | 之江实验室 |
主分类号: | G01N21/78 | 分类号: | G01N21/78;G01N21/25 |
代理公司: | 杭州求是专利事务所有限公司 33200 | 代理人: | 刘静 |
地址: | 310023 浙江省杭州市余*** | 国省代码: | 浙江;33 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 基于 光纤 阵列 便携式 比色 图像 采集 装置 检测 方法 | ||
1.一种基于光纤阵列的便携式比色阵列图像采集装置,其特征在于,该装置包括:电流可调电源适配器、白光LED平面光源、平面光源支架、匀光片、匀光片支架、暗室、多孔板、一体化光纤固定台、聚合物光纤、光纤端面保护玻璃、遮光罩、矩形视窗和智能手机;
所述白光LED平面光源扣在平面光源支架上,且固定在暗室顶端,其电源线通过暗室背面开孔与暗室外的电流可调电源适配器链接;所述均光片固定在匀光片支架上;
所述一体化光纤固定台固定于暗室底部,分为载物台和光纤束汇聚端两部分;所述多孔板固定于一体化光纤固定台的载物台上;96根聚合物光纤一端连接于载物台上的微孔以传递多孔板的比色阵列图像,另一端固定于光纤束汇聚端形成整齐的96通道光纤端面;光纤端面保护玻璃分别固定在96根聚合物光纤两个端面上;所述遮光罩固定于96通道光纤端面外侧;
所述暗室的顶端设有卡槽,智能手机可通过卡槽固定在暗室顶端的外侧;暗室顶端开有矩形视窗,所述视窗与暗室内部的96通道光纤端面相对应,智能手机摄像头通过所述视窗对96通道光纤端面进行拍摄,实现对比色阵列的图像采集。
2.一种利用权利要求1所述装置且基于图像分析的比色阵列检测方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
(1)比色阵列测试实验:配置成分不同的比色反应试剂,依次加入至多孔板中构成比色阵列;在比色阵列反应孔中加入待测样品,摇晃均匀使反应完全,将多孔板放置在一体化光纤固定台上,由白光LED平面光源照射,透射光通过光纤固定台上的微孔进入聚合物光纤,光纤将比色阵列的颜色变化传递至另一端的96通道光纤端面上;
(2)比色阵列图像处理:放置于暗室顶端的智能手机通过矩形视窗拍摄暗室中的96通道光纤端面,对采集的图像进行处理,图像处理过程包括以下子步骤:
(2.1)对原始图像进行边缘切割,分割出比色阵列所在区域;
(2.2)根据光纤阵列分布,提取区域像素中对应的光纤中心点附近10个像素点的RGB值,分别提取R、G、B三个色彩通道的分量;
(2.3)对(2.2)中提取的光纤中心点附近的10个像素点的RGB分量进行均值处理;根据平均像素值重新生成数字图像,该图像即为当前比色阵列的色彩指纹;
(3)区分不同种类的待测物质:配置不同种类的待测溶液,依次加入到多孔板中,重复步骤(2),得到不同物质的色彩指纹,计算得出不同待测物之间的欧式距离,通过层次聚类分析算法,得出不同待测物质之间的树状分类图,实现不同待测物质的区分;
(4)确定待测物质的浓度:
(4.1)配置不同浓度的待测物质溶液,依次加入到多孔板中,重复步骤(2),得到不同浓度待测溶液的色彩指纹,计算得出不同浓度待测物质的欧式距离,通过最小二乘法拟合曲线算法,拟合出待测溶液的最佳标定曲线;
(4.2)将未知浓度的待测物质溶液加入至多孔板中,重复步骤(2)得出色彩指纹,计算得出欧式距离,再通过(4.1)确定的待测物质溶液最佳标定曲线,计算出未知待测物质溶液的浓度。
3.根据权利要求2所述的比色阵列检测方法,其特征在于,所述比色反应试剂包括pH指示剂、氧化还原指示剂、溶剂致变性指示剂和金纳米颗粒。
4.根据权利要求2所述的比色阵列检测方法,其特征在于,该方法应用于对工业废水、农药、重金属、石油等常见水环境污染物的现场快速检测和分析。
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