[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

说明书

本发明公开了一种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，该装置包括：光源、匀光片、暗室、多孔板、一体化光纤固定台、聚合物光纤、遮光罩、智能手机等。该方法利用比色阵列与待测物质溶液反应；通过智能手机采集比色阵列图像，根据RGB值生成待测物质色彩指纹；配置不同类型待测物溶液加入到比色阵列，生成各自的色彩指纹，计算欧式距离，对不同待测物进行分类；配置不同浓度待测物溶液，生成色彩指纹，计算欧式距离，拟合出待测物最佳标定曲线，将待测样品的欧氏距离代入标定曲线，计算出待测物溶液浓度。本发明实现了对比色阵列的快速分析、物质分类以及物质定量检测，具有操作简单、成本低廉以及能满足现场快速检测等优点。

技术领域

本发明涉及一种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，尤其涉及基 于图像分析的水环境污染物质检测的装置及方法。

背景技术

针对水环境的保护和污染检测具有十分重要的现实意义。对于水环境污染检测，目前的 标准方法依赖于精密的实验室设备分析，这类仪器的体积庞大、价格昂贵且需要专人操作； 而现有的现场快速检测方法则依赖于比色反应，其中比色检测装置的集成度和功能完整性都 较低。近年来，由于智能手机的摄像性能和硬件计算能力的不断提升，越来越多的研究团队 致力于开发基于智能手机的便携式比色分析装置，以期实现在现场对样品进行媲美实验室的 高精度检测。目前开发的便携式比色分析装置常采用智能手机摄像头直接拍摄多孔板，由于 镜头对焦距离的限制，此类光学结构的体积较大，样机的便携性会受到影响，无法完美满足 现场检测的需求。因此，对于水环境污染检测这类对操作、成本和便携性有特殊要求的领域， 亟需一种操作简单、成本低廉的便携式比色阵列检测装置和方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种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。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于光纤阵列的便携式比色阵列图像 采集装置，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(分为载物台和光纤束汇聚端两部分)、聚合 物光纤、微孔、光纤端面保护玻璃、遮光罩、矩形视窗、智能手机以及智能手机卡槽；其中， 白光LED平面光源扣在平面光源支架上，再通过螺丝固定在暗室顶端，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；均光片通过万能胶固定在匀光片支架上；多孔 板固定于一体化光纤固定台的载物台上；96根聚合物光纤通过万能胶固定在一体化光纤固定 台上，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；光纤端面保护玻璃通过紫外胶分别固定在96根聚合物光纤 的两个端面上；遮光罩通过万能胶固定于96通道光纤端面外侧；一体化光纤固定台通过螺丝 固定于暗室底部；暗室的顶端上有卡槽，智能手机可通过该卡槽固定在暗室顶端的外侧；暗 室顶端开有一24mm*12mm的矩形视窗，该视窗与暗室内部的96通道光纤端面相对应，智能 手机摄像头通过该视窗对96通道光纤端面进行拍摄，实现对比色阵列的图像采集。

一种利用上述装置且基于图像分析的比色阵列检测方法，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。其中，对图像的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，区域像素为290*430像素 点；

(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；