CN102565062B - 基于图像灰度检测的液体浑浊度测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于图像灰度检测的液体浑浊度测试方法和装置，通过在待测液体中放置与背景反差较大的目标视物，利用照相机获取待测液体中目标视物的图像信息，通过简单的图像灰度值检测以及标定，实现对液体浑浊度的检测。具有结构简单，操作快捷，可靠性高、成本低廉的优点，同时，带有可发光体的目标视物还能在黑暗环境中进行有效拍摄，使检测过程能适用于各种环境，为液体浑浊度度量提供了一种全新的思路和行之有效的解决方法。

Description

基于图像灰度检测的液体浑浊度测试方法

技术领域

本发明涉及一种液体浑浊度检测方法，特别涉及一种以图像灰度检测为基础的液体浑浊度测试方法及装置。 

背景技术

液体浑浊度检测是环境水体监测和监控目标液体变化的主要手段，其在实际生活和生产过程中有着广泛的应用。目前，对液体浑浊度检测的传统方法是将激光或红外光源等作为激发信号源发射出去，通过检测散射光与透射光反射回来的强度大小，计算出液体浑浊度的大小，如：瑞士梅特勒-托利多公司的多浊度测量系统产品，以及用于各种洗衣机等家用、工业设备上浑浊度检测仪等。近年来，又有人提出根据发射装置与接收装置二者之间电磁波的强度变化来测定液体混浊度的方法，检测形式多样，利弊各有不同。 

发明内容

鉴于上述现有情况，本发明旨在提供一种利用图像灰度检测进行液体浑浊度测试的方法，以简单的方法和较低的成本实现液体浑浊度的可靠检测。 

本发明是通过以下技术方案来实现的： 

基于图像灰度检测的液体浑浊度测试方法，具体步骤包括： 

a)、在待测液体中放置与背景有较大差异的目标视物，通过照相机进行位于待测液体中的目标视物及背景图像的拍摄。 

b)、用电脑采集拍摄图像，并对图像亮度进行调整。 

c)、采用多维梯度法进行图像边缘提取，求出阈值后完成边缘图形处理。 

d)、利用种子填充算法进行背景填充，完成图像分割和区域标记及合并。 

e)、根据边缘轮廓提取获得目标视物的区域准坐标，根据公式： 

X或Y＝0.299R+0.578G+0.114B 

分别获取区域准坐标内目标视物灰度数值X和相同面积的背景像素的灰度数值Y。 

f)、确定欧几里德距离为目标视物区域准坐标内所有像素的灰度数值以及相同面积的 背景中像素灰度数值差异的度量，公式为： 

$d_{\mathrm{ij}}=\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{(x_{\mathrm{ij}}-Y_{\mathrm{ij}})}^2}$

其中，d为灰度数值差异，i、j为像素坐标、n，m为图像像素大小； 

则，液体浑浊度H为： 

$H={\ln }^{-1}{d}_{\mathrm{ij}}=\frac{1}{2}{\ln }^{-1}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{(X_{\mathrm{ij}}-Y_{\mathrm{ij}})}^2.$

所述目标视物上还设有可发光体。 

所述图像亮度调整是将图像中亮度大于5％的像素提取出来，通过线性放大，使其平均亮度达到255。 

一种基于图像灰度检测的液体浑浊度测试装置，包括目标视物、照相机和电脑，目标视物与待测液体的背景反差较大，目标视物放置在待测液体中；照相机进行目标视物和背景图像的拍摄，并将图像发送到电脑中；电脑对图像处理计算后得出待测液体的浑浊度。 

所述目标视物上设有可发光体。 

所述可发光体为发光二极管。 

本发明所述的基于图像灰度检测的液体浑浊度测试方法和装置，利用照相机获取待测液体中目标视物和背景的图像信息，通过简单的图像灰度值检测以及标定，实现对液体浑浊度的检测，具有结构简单，操作快捷，可靠性高、成本低廉的优点，避免了其它方法易于受到外界光干扰的问题，同时，带有可发光体的目标视物还能在黑暗环境中进行有效拍摄，使检测过程适于各种检测环境，为液体浑浊度度量提供了一种全新的思路和行之有效的解决方法。 

附图说明

图1为本发明的结构示意图。 

具体实施方式

本发明的中心思想是通过对待测液体进行图像拍摄，利用目标视物与背景之间的灰度差值，获取液体浑浊度信息，完成浑浊度检测过程。 

本发明所述的基于图像灰度检测的液体浑浊度测试方法，具体步骤包括： 

步骤一、在待测液体中放置与背景有较大差异的目标视物，通过照相机进行目标视物及背景的图像拍摄。 

由于采用的是目标视物与背景之间灰度的差值进行待测液体浑浊度测定，所以，为使后期对比、分析过程简单化，应采用与拍摄过程中背景反差较大的目标视物进行拍摄。为真实、准确地反映出液体浑浊度状况，目标视物在拍摄时被直接放置在待测液体中。其中，受拍摄条件的限制，目标视物上还可设有可发光体，带有可发光体的目标视物主要用于完全黑暗拍摄环境中。 

当液体清晰透明时，目标视物与背景的灰度值之间存在较大差值，随着液体浑浊度加大，目标视物与背景之间的灰度值之差将逐渐减少，当液体完全浑浊时将无法区分出目标视物与背景的灰度差值。 

步骤二、在电脑中对图像亮度进行调整，即：将图像中亮度大于5％的像素提取出来，通过线性放大，使其平均亮度达到255。 

步骤三、采用多维梯度法进行图像边缘提取，提取后在RGB通道上进行处理，求得三个通道的梯度和，利用判别分析法求出阈值，完成边缘图形处理。 

步骤四、利用种子填充算法进行背景填充，完成图像分割和区域标记及合并。 

其中，利用填充法完成图像分割，即取目标图像左下角像素为种子点，用4连通区域种子填充算法，将背景填充为一个固定值，如128，填充结束后，将像素为非128的像素全部置为0，将背景置为255，实现目标视物的分割；最后对区域进行标定，针对4连通区域，设当前像素为p(x，y)，其上方像素为p(x，y-1)，左方像素为p(x-1，y)，从第一行开始，对图像从上到下，从左到右扫描，其标记规则为： 

若p(x，y-1)和p(x-1，y)都未标记，则赋予p(x，y)一个新的标记。 

若p(x，y-1)和p(x-1，y)都被标记，且标记相同，则赋予p(x，y)该标记 

若p(x，y-1)和p(x-1，y)都被标记，且标记不相同，则赋予p(x，y)该两者中较小的，同时记录p(x，y-1)和p(x-1，y)的标记为相等关系。 

若p(x，y-1)和p(x-1，y)其一被标记，则赋予p(x，y)该标记。 

按照以上规则扫描一次图像后，进行第二次扫描，把具有相同关系的区域合并，完成标记。 

步骤五、通过上述边缘轮廓提取获得目标视物的区域准坐标，根据公式： 

X或Y＝0.299R+0.578G+0.114B 

分别获取区域准坐标内目标视物灰度数值X和相同面积的背景像素的灰度数值Y； 

步骤六、确定欧几里德距离为目标视物区域准坐标内所有像素的灰度数值以及相同面积的背景中像素灰度数值差异的度量，公式为： 

$d_{\mathrm{ij}}=\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{(x_{\mathrm{ij}}-Y_{\mathrm{ij}})}^2}$

其中，d为灰度数值差异。 

得出的度量差值与液体的浑浊度大小成反比，即灰度差值越大，则待测液体的浑浊度越小；灰度差值越小，则待测液体的浑浊度越大。 

为保证浑浊度度量的一致性，则，液体浑浊度H为： 

$H={\ln }^{-1}{d}_{\mathrm{ij}}=\frac{1}{2}{\ln }^{-1}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{(X_{\mathrm{ij}}-Y_{\mathrm{ij}})}^2$

至此，待测液体的浑浊度检测过程完成。 

下面结合附图1对本发明所述的测试装置做进一步的描述： 

一种基于图像灰度检测的液体浑浊度测试装置，包括目标视物l、照相机4和电脑5。其中，目标视物1的选择应与待测液体3的背景2反差较大，如在黑暗环境中拍摄，目标视物l上还可设有可发光体，可发光体通常由发光二极管制成。目标视物1放置在待测液体3中，照相机4对目标视物l和背景2图像进行拍摄，电脑5接收到拍摄图像后，经过图像调整和灰度分析、处理，即可计算得出待测液体的浑浊度。其整个结构操作简单、使用方便，受外界光干扰小，可靠性高。 

Claims (6)

1.基于图像灰度检测的液体浑浊度测试方法，其特征在于，具体步骤包括：

a)、在待测液体中放置与背景有较大差异的目标视物，通过照相机进行位于待测液体中的目标视物及背景图像的拍摄；

b)、用电脑采集拍摄图像，并对图像亮度进行调整；

c)、采用多维梯度法进行图像边缘提取，求出阈值后完成边缘图形处理；

d)、利用种子填充算法进行背景填充，完成图像分割和区域标记及合并；

e)、根据边缘轮廓提取获得目标视物的区域准坐标，根据公式：

X或Y＝0.299R+0.578G+0.114B

分别获取区域准坐标内目标视物灰度数值X和相同面积的背景像素的灰度数值Y；

f)、确定欧几里德距离为目标视物区域准坐标内所有像素的灰度数值以及相同面积的背景中像素灰度数值差异的度量，公式为：

$d_{\mathrm{ij}}=\sqrt{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{(x_{\mathrm{ij}}-Y_{\mathrm{ij}})}^2}$

其中，d为灰度数值差异，i、j为像素坐标、n，m为图像像素大小；

则，液体浑浊度H为：

$H={\ln }^{-1}{d}_{\mathrm{ij}}=\frac{1}{2}{\ln }^{-1}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{(X_{\mathrm{ij}}-Y_{\mathrm{ij}})}^2.$

2.根据权利要求1所述的基于图像灰度检测的液体浑浊度测试方法，其特征在于，所述目标视物上还设有可发光体。

3.根据权利要求1所述的基于图像灰度检测的液体浑浊度测试方法，其特征在于，所述图像亮度调整是将图像中亮度大于5％的像素提取出来，通过线性放大，使其平均亮度达到255。

4.一种基于图像灰度检测的液体浑浊度测试装置，其特征在于，包括目标视物、照相机和电脑，所述目标视物与待测液体的背景反差较大，目标视物放置在待测液体中；所述照相机进行目标视物和背景图像的拍摄，并将图像发送到电脑中；所述电脑对图像处理计算后得出待测液体的浑浊度。

5.根据权利要求4所述的基于图像灰度检测的液体浑浊度测试装置，其特征在于，所述目标视物上设有可发光体。

6.根据权利要求5所述的基于图像灰度检测的液体浑浊度测试装置，其特征在于，所述可发光体为发光二极管。