CN107144531A - 一种基于颜色数据分析的物质含量检测方法、系统及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于产生颜色变化的物质含量检测领域，具体涉及一种基于颜色数据分析的物质含量检测方法、系统及装置，主要通过以下技术方案实现：S1，建立标准样品颜色数据库；S2，根据检测结果精度需求，选取一定数量标准样品对应的颜色数据，印刷成若干色块；S3，将待测样品与若干色块在同一平面共同拍摄取景；S4，识别出与待测样品的颜色数据最相近的色块；S5，从标准样品颜色数据库中找出该色块对应的物质含量，即认定为待测样品中的物质含量。本发明解决了当颜色差别较小时，采用比色卡目视比色，主观因素对结果影响较大，且人眼区别颜色色差能力有限的问题，实现了检测过程客观、检测精度更高，现场检测方便、检测成本低、结果准确、直观。
Description
技术领域
本发明属于产生颜色变化的物质含量检测领域，具体涉及一种基于颜色数据分析的物质含量检测方法、系统及装置。
背景技术
对于液体样品中的有色物质含量检测，可利用分光光度计测试仪器。如甲醛浓度的检测方法，国标采用把甲醛加入酚试剂中然后进行显色反应，再通过分光光度计检测出溶液中有色物质吸光度，根据吸收光谱曲线得出有色物质含量，从而计算出甲醛浓度。然而此方法需要特定的分光光度装置，存在操作和计算过程复杂，使用过程对仪器依赖性高，且仪器价格高昂，不利于现场测试等问题。
较为通用的检测溶液中物质含量的方法，包括利用反向高效液相色谱仪检测样品中特定物质含量，此法亦可用于检测溶液中有色物质的含量，类似的方法还有傅里叶变换红外光谱法、紫外/荧光光谱法等，都需要利用特殊仪器。
鉴于前述实验室精确检测方法对不同环境现场检测的不适应性，逐渐发展出了一些采用比色方法来进行半定量或定量检测的方法。一般情况下，在有色物质溶液中，有色物质溶液颜色的深浅与溶液中有色物质的浓度有一定关系，因此，可利用比较颜色深浅来测定溶液中某种组分含量的分析方法，此法称比色分析法。可以是目视比色，也可以采用传感器技术中的色度计。然而目视比色法受操作者主观因素影响较大，且无法分辨出微小差别的颜色；色度计能够检测出待测物体的颜色数据，但并不能直接得出溶液中有色物质含量，且色度计的检测结果受周围环境影响较大，对于普通用户少量使用，需购买色度计，成本较高。
公开号为CN106198522A的中国的一篇发明专利，公开了一种铜离子快速检测试剂盒及其检测方法，通过预先配置一系列铜离子浓度的标准溶液，充分混合后静置，用数码相机记录显色结果，采集图片后，打印制成标准比色卡，然后用待测溶液颜色与标准比色卡通过观察颜色对比，确定铜离子浓度范围。
公开号为CN100429505的中国的一篇发明专利，公开了水中氨氮浓度检测试剂及用法，运用该试剂时，水中的氨氮反应后会呈现蓝绿色，且颜色深浅与水中氨氮浓度成正比，溶液放置10分钟后，与标准比色卡、比色盘或比色计比色，读出水中氨氮的浓度。
公开号为CN101639448B的中国的一篇发明专利，公开了水中锰浓度测定试剂及使用方法，该测定试剂在水中含锰时显示紫色，且紫色的深浅与水中锰的浓度成正比，静置10 分钟后，与标准比色卡或比色盘比色，读出锰的浓度。
公开号为CN203772749U的中国的一篇实用新型专利，公开了一种甲醛/苯系物/氨气快速自测盒，包括一盒体，盒体里面放有甲醛检测密封袋、苯系物检测密封袋和氨气检测密封袋，盒盖内部印刷有甲醛检测色阶卡、苯系物检测色阶卡和氨气检测色阶卡，实际检测时，需通过反应后的有色溶液，与色阶卡对比，得出待测甲醛/苯系物/氨气的浓度。
上述几种公开的方法或装置主要靠人工辨识处理后的有色溶液颜色和标准比色卡上印刷的颜色，主观因素较强，且颜色敏感度因人而异，对于颜色较为接近的颜色对比，往往结果偏差较大，且由人眼对颜色的分辨能力有限，无法提高此类方法识别更小浓度导致的更小的颜色差别，因此精确度有待提升。
公开号为CN104767864A的中国的一篇发明专利，公开了一种检测甲醛的移动终端，将甲醛检测模块集成到智能手机上，用户无需其它外接设备，可以方便快捷地使用智能手机设备检测当前环境甲醛。用户在智能手机上打开甲醛检测软件，手机会启动甲醛检测模块，然后将检测结果显示在手机屏幕上，如果甲醛检测数据超过国家室内空气质量标准限值，设备会响应铃声同时LED灯闪烁，提醒用户。然而，该发明把甲醛检测模块集成到智能手机上，需要在手机中添加该模块，会增加手机体积，与现有手机轻薄化、便携化发展趋势不相符，此外还需要在智能手机外壳开孔用于进气，且实际气体采集过程在手机内部，空气流动很小、难以采集，且受手机内部板材、线材及其它材质释放甲醛的影响，测量结果偏差太大。
公开号为CN105675507A的中国的一篇发明专利，公开了一种基于手机颜色分析的半胱氨酸检测方法，该方法首先进行样品前处理，制备半胱氨酸显色样品溶液；之后通过图像采集，图像分析，计算待测样品溶液在不同颜色空间如：RGB颜色空间、HSV颜色空间和CMYK颜色空间中各个分量的像素值，再通过最小二乘法拟合出半胱氨酸检测的曲线，得到半胱氨酸浓度和各个颜色分量像素值之间的对应关系；进而计算出半胱氨酸的浓度。本发明实现了半胱氨酸的定量检测，具有操作步骤简单，装置便携通用，能够适应实时手机监测等优点。然而，该方法需要的系统需专门的图像采集装置，包括其中的图像采集室和光通道等结构配合，方能完成整个检测过程，对外部设备仍具有较高的依赖性，最终待测样品颜色值获取仍是通过手机摄像头拍摄并在图像中选取中心尺寸部分检测颜色数据，不同手机摄像头结构、材质不同可能导致获取图像与真实图像有所偏差，采集到的颜色数据结果与真实数据结果偏差则会导致最终的浓度分析结果偏差较大。
鉴于此，对于溶液中某组分含量的检测方法需要一种操作简单、精确度高、客观性强、装置依赖性低、便于携带且检测成本低的检测方法。
本发明拟采用把溶液中某组分通过显色等化学反应预处理过程，得到有色物质含量与原溶液中检测组分含量的对应关系，然后再根据有色物质溶液颜色深浅与溶液中有色物质含量有一定关系，利用智能移动终端通过分析待测样品颜色数据，并对照预先采集的足够数量点（足够多的该组分不同含量的标准溶液）的颜色数据，从而对应得出溶液中某组分的含量。本发明能够充分利用现有移动终端如智能手机或结合软件具有取景、信息存储、颜色识别等功能，从而实现快速得到检测结果，本发明重点在于控制拍照环境对成像的影响，提高最终识别结果的准确度。对于预先测得的颜色数据，采用高质量、高色彩还原度单反相机拍摄取景，并分析颜色数据，保持各拍摄样张之间的样品拍摄距离、光线等外部条件相同，减少标准颜色数据的误差，对于样品颜色数据的拍摄取景，为了扣除用户移动终端的成像质量的影响，采用比色卡在相同条件下拍摄作为对比，并对拍摄图片进行色彩平衡处理降低最终识别误差。
发明内容
在为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了操作简单、精确度高、客观性强、装置依赖性低、便于携带且检测成本低的检测方法。具体包括以下技术方案：
一种基于颜色数据分析的物质含量检测方法，包括以下步骤：
S1，建立物质含量与标准样品颜色数据对应关系数据库简称标准样品颜色数据库，作为颜色数据比对的标准；
S2，根据检测结果精度需求，选取一定数量标准样品对应的颜色数据，印刷成若干色块；
S3，将待测样品与若干色块在同一平面共同拍摄取景；
S4，识别出与待测样品的颜色数据最相近的色块；
S5，从标准样品颜色数据库中找出该色块对应的物质含量，即认定为待测样品中的物质含量。
上述步骤S1中，建立标准样品颜色数据库，包括步骤：
S101，根据检测结果精度需求，预先制备一系列不同有色物质含量的标准样品；
S102，在相同拍摄环境下，同一固定高度对标准样品拍摄取景；
S103，识别出标准样品的颜色数据；
S104，把颜色数据转换成Lab颜色模式数据，并建立不同有色物质含量的标准样品与其颜色数据的对应关系数据库。
上述步骤S2中，根据检测结果精度需求，且实际待测样品的物质含量在选取的标准样品的物质含量范围内，选取对应的颜色数据，印刷成若干色块；在色块之间预留出放置样品的区域，且在色块和待测样品区域的边缘处设置三个定位点，所述定位点能够定位色块和样品所在区域，降低用户拍摄难度，提高拍摄图像准确度。
上述步骤S3中，拍摄取景过程中，所述待测样品与色块处于同一平面共同拍摄取景，优选地，在需要多个待测样品间进行横向比对时，使多个待测样品的拍摄取景高度相同，避免后期进行的多个待测样品之间的颜色数据比对因拍摄取景高度而导致的与实际偏差较大。
优选地，上述拍摄取景为自动拍摄取景，即当能清晰的识别出定位点、色块和待测样品时自动拍摄取景，降低手动触控或按键导致拍摄取景过程的抖动造成的成像质量的影响。
上述步骤S4中，识别出与待测样品的颜色数据最相近的色块，包括以下步骤：
S401，对图像进行色彩平衡处理；
S402，识别出色块区域；
S403，识别出待测样品区域；
S404，识别待测样品和各色块的颜色数据；
S405，把颜色数据转换成Lab颜色模式数据，并通过色差算法比对出与待测样品颜色数据最接近的色块。其中，比对方法可分别从待测样品和每个色块中选取若干点进行比对，找出匹配程度最高的色块。
上述步骤S5，从标准样品颜色数据库中找出该色块对应的物质含量，可在色块印刷时进行编号区别，数据库中的颜色数据及有色物质含量也与编号相对应，则可根据编号直接得到样品中有色物质含量，因拍摄取景过程环境影响，造成结果颜色数据与标准样品颜色数据库的数据略有偏差，实际取最接近的标准样品颜色数据库中的颜色数据所对应的有色物质含量数值，结果的准确度与各标准样品中各物质间的含量差别有关，因此应根据精度要求选择标准样品范围及数量。
优选地，前述颜色数据为RGB颜色模式数据。
本发明还提供了利用前述基于颜色数据分析的物质含量检测方法的系统，包括样品容器、取景模块、颜色数据识别模块、颜色数据存储模块、比色卡、颜色比对模块、结果显示模块，
其中，样品容器用于盛放待取景测试的样品，可为密封透明的容器，标准样品或待测样品应定量置于样品容器中，对于液体混合物，固定取景测试范围内的液体体积，避免体积不同造成颜色数据变化；
取景模块用于对待测样品的取景，并把取景结果上传给后续处理模块；
颜色数据识别模块用于识别取景照片中的颜色数据；
颜色数据存储模块用于存放标准样品颜色数据及对应的有色物质含量数据，还可包括编号信息等；
比色卡用于与样品作对比，校正不同取景环境产生的误差；
颜色比对模块通过色差算法，比对出待测样品颜色数据与比色卡上的颜色数据最接近的色块；
通过颜色数据存储模块找出该色块或颜色数据对应的有色物质含量数据；
结果显示模块用于显示样品中有色物质含量的识别结果。
所述样品容器置于比色卡上，取景模块位于比色卡上一定距离，取景模块、颜色数据识别模块、颜色数据存储模块依次连接，颜色数据识别模块还依次与颜色比对模块、颜色数据存储模块、结果显示模块连接，
上述系统各模块之间通过如下方式工作，得出分析结果：
所述取景模块拍摄样品容器中的标准样品，通过颜色数据识别模块识别出标准样品颜色数据，把数据储存于颜色数据存储模块中，并根据标准样品的颜色数据制成比色卡，取景模块同时拍摄待测样品和比色卡，通过颜色数据识别模块，识别出待测样品颜色数据和比色卡上不同色块的颜色数据，由颜色比对模块，比对出与待测样品颜色最接近的色块，在颜色数据存储模块中找出该色块对应的有色物质含量，在结果显示模块中显示结果。
本发明还提供了一种利用前述基于颜色数据分析的物质含量检测方法的装置，包括样品容器、比色卡和取景分析终端，
所述样品容器为与比色卡底色相匹配，优选白色或透明容器，避免容器本身颜色对样品颜色产生影响；
所述比色卡包括定位点、色块区域和样品区域，所述定位点位于色块区域的边缘，样品区域位于色块区域内；
所述取景分析终端，能够通过拍摄取景，获取比色卡及样品容器内的样品图片并进行色彩平衡处理，能够识别出图片中的定位点、色块区域和样品区域，识别出色块颜色和样品颜色，并比对出与样品颜色最接近的色块，从预先配置的标准样品颜色数据库中找出该色块对应的有色物质含量。
优选地，利用上述基于颜色数据分析的物质含量检测方法的装置，还包括显示屏，便于用户更直观地读取结果。
优选地，上述取景分析终端为带有摄像头的智能移动终端或带摄像头的智能移动终端及与之结合的服务器。
其中，当用户智能移动终端与网络相连时可采用如下工作方案，标准样品颜色数据存储于服务器上，采用智能移动终端拍摄图片，上传至服务器，服务器对图片进行色彩平衡处理及颜色比对，得出结果，并把结果传送到用户智能移动终端或在其显示屏上显示，此方法利用服务器处理，能够提高图片处理能力及数据综合能力，且能根据实际情况及时调整、图片处理方法、比对方法等，增加处理结果精准度；
在用户智能移动终端无法连接至服务器的情况下，通过软件，利用智能移动终端拍摄图片，并对图片进行色彩平衡处理，与软件预先保存的标准样品颜色数据比对，得出比对结果或在显示屏上显示。此方法对智能移动终端是否联网无要求，增大使用范围。
与现有技术相比，本发明所述技术方案解决了现有技术中尚未有较为方便快捷的检测固体或气体中存在的有色物质含量的方法，对于液态混合物而言，比分光光度法、高效液相色谱等检测方法使用范围更大，使用成本更低，且便于随时监测，仅需提前做好标准样品颜色数据库即可在后续检测中，直接拍摄取景待检测样品，即可从显示装置上读取含量数据，数据精度更高，便于实际操作中快速测定物质含量。
本发明相较于现有技术中采用目视比色，具有更大的客观性，且可分析识别精度更高，结果准确度更高。
本发明采用比色卡与待测样品在同一平面下共同拍摄取景，保证拍摄环境相同，对应的色块颜色与待测样品颜色受环境变化几乎一致，因此该法可大大降低外部环境（如光源不同、智能移动终端摄像头组件不同等）对最终比对结果的影响。
本发明还充分利用移动终端的便携性，大大扩展了该技术方案的使用范围。
附图说明
图1为本发明所述的一种基于颜色数据分析的物质含量检测方法示意图。
图2为本发明所述的利用基于颜色数据分析的物质含量检测方法实施例1的装置的比色卡示意图。
图3为本发明所述的利用基于颜色数据分析的物质含量检测方法实施例2的装置的比色卡示意图。
图中，1、比色卡，2、色块区域，3、色块，4、定位点，5、样品放置区域。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明所述的一种基于颜色数据分析的物质含量检测方法、系统及装置的技术方案作进一步说明，要指出的是，本实施例所述的具体技术方案，并不作为对本发明权利要求的限制。
实施例1。
一种基于颜色数据分析的物质含量检测方法的装置，包括样品容器、比色卡1（如图2所示）、拍摄取景装置、智能识别终端，比色卡1包括色块区域2和位于其内的样品放置区域5，比色卡1上色块区域2边缘设有三个定位点4，
所述拍摄取景装置和智能识别终端为一种智能移动设备，如智能手机或平板电脑，用于拍摄比色卡1区域图片，对图片进行色彩平衡处理，且能够区分出色块3与样品位置，并从图片中识别出样品颜色数据与色块3颜色数据，比对出与样品颜色数据最相近的色块，从预存的标准样品颜色数据数据库中读取出待测样品中物质的含量并显示在智能移动设备的显示屏幕上。
其中，上述装置包含有一种基于颜色数据分析的物质含量检测的系统，该系统包括样品容器和比色卡1，系统中的取景模块为智能移动设备上的摄像头组件，通过软件对取景图片进行分析处理；颜色数据识别模块设于智能移动设备上的软件中，能够实现颜色识别功能；颜色数据存储模块为智能移动设备的存储装置，保存有标准样品颜色数据，可随时调用颜色数据；颜色比对模块为软件中预设的处理算法，比对出与待测样品颜色数据最接近的色块3；结果显示模块为智能移动设备的显示器模块，结合软件，显示样品中物质的含量；
上述的存储在颜色数据存储模块中的颜色数据库中保存有标准样品中有色物质含量对应的颜色数据及对应色块3的编号，能够通过识别出的最接近的颜色数据的色块3，查到色块3对应的编号及物质含量。
本实施例所述的一种基于颜色数据分析的物质含量检测装置的检测方法，按如下步骤进行：
S1，建立标准样品颜色数据库，作为颜色数据比对的标准，对于同种物质，仅需建立一次精确度较大、数据范围较广的数据库即可在其它设备中同步使用；
S2，根据检测结果精度需求，如实验室小剂量范围或扩大的小试、中试范围，选取一定数量标准样品对应的颜色数据，印刷成若干色块3；
S3，将待测样品与色块3于同一平面共同拍摄，保证二者的拍摄环境相同，降低最终的识别误差；
S4，识别出与待测样品的颜色数据（优选RGB颜色模式数据）最相近的色块3；
S5，从标准样品颜色数据库中找出对应色块3的有色物质含量，即认定为待测样品中的物质含量。
上述步骤S1中，建立标准样品颜色数据库，包括步骤：
S101，根据检测结果精度需求，配制一系列不同物质含量的标准样品；
S102，在相同拍摄环境下，同一固定高度对标准样品拍摄取景；
S103，识别出标准样品的颜色数据；
S104，把颜色数据转换成Lab颜色模式数据，并建立不同物质含量的标准样品与其颜色数据的对应关系数据库。
其中，前述步骤S2中，根据检测结果精度需求，且实际待测样品的物质含量在选取的标准样品的物质含量范围内，选取对应的颜色数据，印刷成若干色块3。
其中，前述步骤S3中，待测样品与色块3在同一平面共同拍摄取景，待测样品与色块3处于同一取景框内；在需要多个待测样品间进行横向比对时，使多个待测样品的拍摄取景高度相同，避免后期进行的颜色数据比对与实际偏差较大。
优选地，上述拍摄取景为自动拍摄取景，即当能清晰的识别出定位点4、色块3和待测样品时自动拍摄取景，降低手动触控或按键导致拍摄取景过程的抖动造成的成像质量的影响。
其中，前述步骤S4中，识别出与待测样品的颜色数据最相近的色块3，包括：
S401，对图像进行色彩平衡处理；
S402，识别出色块区域2；
S403，识别出待测样品区域5；
S404，识别待测样品和各色块3的颜色数据；
S405，把颜色数据转换成Lab颜色模式数据，并通过色差算法比对出与待测样品颜色数据最接近的色块3。其中比对方法可分别从待测样品和每个色块3中选取一定精度大小的若干点进行比对，找出匹配程度最高的色块3。
其中，前述步骤S5中，从数据库中找出对应标准样品的物质含量，可在色块3印刷时进行编号区别，数据库中的颜色数据及物质含量数据也与编号相对应，则可根据编号直接得到样品中物质含量，结果的准确度与标准样品中物质之间的含量的间距差别有关，因此应根据精度要求选择标准样品范围及数量。
对于本实施例所述的一种基于颜色数据分析的物质含量检测装置，实际按如下方式操作：
预先采用高质量单反相机在自然光下以固定高度拍摄选取的固定体积的标准液体样品，利用颜色识别软件识别出标准样品的颜色数据，把数据对应关系保存在智能移动设备存储器内或软件中，优选地，可同时进行编号；
取与标准样品相同体积待测样品，置于样品容器内，并置于比色卡1上的样品放置区域5内，用智能移动终端上的软件在固定高度自动拍摄取景，软件自动对图片识别，待识别出图中的比色卡1、色块区域2、色块3、定位点4、样品放置区域5后，对图片进行色彩平衡处理，识别出图片中的待测样品和色块3的颜色数据，比对出最相近的色块3，从存储器内或软件中读取对应的物质含量并显示在智能移动设备显示屏的软件界面上。
实施例2。
本发明所述的方法还可以用于检测溶液中特定离子的浓度，如溶液中的氢离子或氢氧根离子浓度即pH值，利用pH试纸上的显色来识别溶液pH值。
一种智能化精密识别溶液酸碱度的装置，包括精密pH试纸、比色卡1（如图3所示）、拍摄取景装置、智能识别终端，比色卡1包括色块区域2和样品放置区域5，比色卡1上设有三个定位点4，
优选的，所述拍摄取景装置和智能识别终端为智能手机、平板电脑等，
优选的，还可以增设比色卡放置底座，底座通过固定支架连接智能手机、平板电脑等，且固定支架高度可调节，能够固定拍摄距离和拍摄位置，使横向比对结果更精确，固定支架部分可类似于现有的懒人手机支架，
所述待测样品为滴上待测溶液的精密pH试纸，比色卡1上的色块3的精度大于现有精密pH试纸比色卡的精度，
所述拍摄取景装置和智能识别终端为一种智能移动设备，例如智能手机、平板电脑等，用于拍摄比色卡1区域内的图片，同时具有图片色彩平衡处理功能，且能够区分出色块3与待测样品位置，并从图片中识别出与待测样品最相近的颜色数据，从预存的标准样品颜色数据数据库中读取出待测样品的pH值并显示在智能移动设备的显示屏上。
上述装置包括了一种系统组成，该系统包括样品容器（即精密pH试纸）和比色卡3，系统中的取景模块为智能移动设备上的摄像头组件，通过软件对取景图片进行分析处理；颜色数据识别模块设于智能移动设备上的软件中，能够实现颜色识别功能；颜色数据存储模块为智能移动设备的存储装置，保存有标准样品颜色数据，可随时调用对比数据；颜色比对模块为软件中预设的色差处理算法，比对出与待测样品颜色数据最接近的色块3；结果显示模块为智能移动设备的显示器模块，结合软件，显示待测溶液的pH值。
上述的存储在颜色数据存储模块中的颜色数据库中保存有标准样品在pH试纸上显色对应的颜色数据及对应色块3的编号，能够通过识别出的最接近的颜色数据的色块3，查出色块3对应的pH值。
拍摄取景系统能对样品和比色卡3拍摄的图片进行色彩平衡处理，取景模块可利用智能移动设备上的硬件，自动拍摄取景功能集成在软件内。
上述智能移动设备能够根据拍摄图片中的pH试纸和比色卡1的颜色数据，识别出与样品最接近的色块3，并通过预存的颜色数据得出待测样品的pH值。
上述预存的颜色数据中保存有pH计测得的不同溶液的pH在精密pH试纸上显示出的颜色数据及对应色块3的编号，能够通过识别出的最接近的颜色数据的色块3，查到色块3对应的pH值。
本实施例所述的智能化精密识别溶液酸碱度的方法，按如下步骤进行：
S1，根据pH计测得的不同溶液的pH及在精密pH试纸上显示出的颜色数据，建立标准样品颜色数据库，用于作为颜色数据比对的标准，仅需建立一次精确度较大、数据范围较广的数据库即可在其它设备中同步使用；
S2，根据实际需求，如精密pH试纸能够达到的测量精度和预估的溶液酸碱度，选取一定数量标准的精密pH试纸显示颜色对应的颜色数据，印刷成若干色块3；
S3，待测样品与色块3在同一平面共同拍摄取景，保证二者的拍摄环境相同，降低最终的识别误差；
S4，识别出与待测样品的颜色数据（优选为RGB颜色模式数据）最相近的色块3；
S5，从数据库中找出对应标准样品的pH值记为当前待测样品的pH值。
其中，前述步骤S1，建立标准样品颜色数据库，包括：
S101，根据需求，配制一系列不同酸碱度的标准样品溶液，并用pH计测量精确pH值，滴在对应的精密pH试纸上显色，
S102，在相同拍摄环境下，在精密pH试纸颜色显色时间内，对同一固定高度对标准样品（滴有标准溶液的pH试纸）拍摄取景，
S103，识别出标准样品的颜色数据，
S104，把颜色数据转换成Lab颜色模式数据，并建立不同pH值的标准样品与颜色数据的对应关系数据库。
其中，前述步骤S2，根据检测结果精度需求，且实际待测样品的物质含量在选取的标准样品的物质含量范围内，选取对应的标准样品（经显色后的精密pH试纸）对应的颜色数据，印刷成若干色块3。
其中，前述步骤S3，待测样品与色块3共同拍摄取景，待测样品与色块3处于同一取景框内；在需要多个待测样品间进行横向比对时，使多个待测样品的拍摄取景高度相同，避免后期进行的颜色数据比对与实际偏差较大。
其中，前述步骤S4，识别出与待测样品的颜色数据最相近的色块3，包括：
S401，对图像进行色彩平衡处理；
S402，识别出色块区域2；
S403，识别出待测样品区域5；
S404，识别待测样品和各色块3的颜色数据；
S405，把颜色数据转换成Lab颜色模式数据，并通过色差算法比对出与待测样品颜色数据最接近的色块3。其中比对方法可分别从待测样品和每个色块3中选取一定精度大小的若干点进行比对，找出匹配程度最高的色块3。
其中，前述步骤S5，从数据库中找出对应标准样品的pH值，在色块3印刷时进行编号区别，数据库中的颜色数据及pH值也与编号相对应，这样可根据编号直接得到样品的pH值，结果的准确度与标准样品的pH值间距有关，因此应根据精度要求选择标准样品范围及pH值分布密度。
对于本实施例所述的智能化精密识别溶液酸碱度的装置，实际按如下方式操作：
预先根据需求配置好一系列的不同pH值的溶液，并用pH计测出对应pH值，把该溶液滴在相应的精密pH试纸上并经一定时间显色，采用高质量单反相机在自然光下以固定高度拍摄选取的标准样品（为滴在相应精密pH试纸上显色的精密pH试纸），利用颜色识别软件识别出标准样品的颜色数据，把数据对应关系保存在智能移动设备存储器内或软件中并编号对应；
取待测液体滴在精密pH试纸上并显色，然后置于比色卡1上的样品放置区域5内，用智能移动终端上的软件在固定高度自动拍摄取景，软件自动对图片识别，待识别出图中的比色卡1、色块区域2、色块3、定位点4、样品放置区域5后，对图片进行色彩平衡处理，识别出图片中的待测样品和色块3的颜色数据，比对出最相近的色块3，从存储器内或软件中读取对应的pH值，结果显示在智能移动设备显示屏的软件界面上。
现有的精密pH试纸由于人的主观颜色辨识度有限，无法做到更精确的显示颜色对应的pH值，而本实施例采用仪器对颜色进行识别，大大增加颜色识别上限，扩展现有精密pH试纸的精确度，与pH计相比，操作步骤简单、使用方便、成本低、便于携带。
实施例3。
对于固体或气体混合物中有色物质含量的检测，需要对固体或气体进行预处理，如：固体混合物中，首先要确保固体颜色混合均一，取定量的混合物放入固定形状的样品容器中或进行压片处理，然后把样品容器连同混合物或混合物的压片放入待测样品区域5；
气体混合物，把待测气体注入固定的密闭样品容器中并密封，然后把含混合气体的样品容器放入待测物放置区；
经上述处理后，可与实施例1中的一种基于颜色数据分析的物质含量检测方法的装置及工作时的操作方法相通，不再赘述。
实施例4。
本实施例为一种利用酚试剂法检测空气中甲醛含量的方法。
酚试剂法测试空气中甲醛含量参照GB/T 18204.2-2014 公共场所卫生检验方法中的甲醛检测方法：酚试剂分光光度法（空气中的甲醛与酚试剂反应生成嗪，嗪在酸性溶液中被高铁离子氧化形成蓝绿色化合物，比色定量，并计算出甲醛浓度）。
采用本发明所述技术方案后，具体实验步骤为：
1）预先建立一个标准样品颜色数据库：
选用一个体积为3m3的密封仓作为测试仓，采用甲醛发生器产生甲醛用于测试，紫外分光光度计测试吸光度检测吸收溶液的吸光度。
采用甲醛发生器产生甲醛并通入测试仓内使其中甲醛浓度为0.05mg/m3，将装有8mL浓度为0.1g/L的酚试剂溶液的白色敞口容器放置于测试仓内，静置30min 后取出，向其中加入0.6mL质量分数为1%的硫酸高铁铵溶液，混合均匀之后静置15min后，采用高质量单反相机在自然光下以固定高度20cm拍摄照片，用专业取色软件（Photoshop软件）对照片中溶液颜色进行取色，得到RGB颜色模式数据为R:176，G:210，B:209(对应的 Lab颜色模式数据为：L:82，a:-12，b:-5；对应的CMYK颜色模式数据为C:36%，M:9%，Y:19%，K:0%)，然后用紫外分光光度计测试吸光度检测吸收溶液在630nm波长下的吸光度为0.159，根据提前制作的标线得出吸光度与甲醛浓度的关系式：A=2.8991c+0.0156（其中：A为吸光度，c为甲醛浓度），计算出溶液中真实的甲醛含量为0.049mg/m3。
重复上述步骤，设置甲醛浓度区间为0.01~0.10mg/m3，取10个点编号为1~10，每个点间间隔为0.01 mg/m3（现有主观辨识比色的甲醛比色卡在此范围内间隔为0.02 mg/m3或0.05 mg/m3，肉眼很难分辨出较小色差），得到对应的RGB颜色模式数据、Lab颜色模式数据和紫外分光光度计测试出的甲醛含量，对应保存到标准样品颜色数据库中。
2）印刷比色卡1
根据上述标准颜色数据（RGB颜色数据），转换成CMYK颜色模式数据，印刷出与实施例1中所述的图2相似的比色卡，比色卡1周围有三个定位点4，比色卡1内部有色块区域2、色块3和样品放置区域5；
智能手机上安装有特定软件，该软件具有如下功能：
保存或更新有标准样品颜色数据库中的甲醛含量数据和对应的RGB颜色模式数据及编号信息；
自动拍摄图片，区分图片中的定位点4；
区分出图片中的色块区域2、每个色块3和样品放置区域5；
对图面进行色彩平衡处理；
分别对每个色块3中心部分划分为四象限，分别从每个象限选取n个点样（可取25）；对样品放置区域5中的待测样品中心部分划分为四象限，分别从每个象限选取n个点样（可取25），读取各点样的RGB数据，依据拉依达准则或格布拉斯准则剔除粗大误差的RGB颜色模式数据，再把有效的RGB颜色模式数据由VB代码转换成Lab颜色模式数据；
分别通过CIEDE2000色差公式把每个色块3上的有效点样的Lab颜色模式数据与待测样品上的对应个数的有效点样的Lab颜色模式数据相比较，以ΔE00≤6为颜色相似度要求（ΔE00为两点样间的色差），相似的一个点的该色块3得一分，通过单独对每个色块3做出加权累计，最终得分最高的为最接近待测样品颜色的色块3；
根据最接近的色块3从标准样品颜色数据库中找出对应的甲醛含量并显示。
3）待测物质含量检测实验：
在前述测试仓中，使仓中甲醛浓度分别为0.03 mg/m3、0.04 mg/m3和0.08 mg/m3，将装有8mL浓度为0.1g/L的酚试剂溶液的白色敞口容器放置于测试仓内，静置30min 后取出，向其中加入0.6mL质量分数为1%的硫酸高铁铵溶液，混合均匀之后静置15min后，取出放置在比色卡1上。
打开智能手机上安装的上述软件，在约15cm的高度下，对准比色卡1及待测样品自动拍摄图片，待软件处理识别后，在软件界面显示出识别结果，甲醛含量分别为0.03mg/m3、0.04 mg/m3和0.08 mg/m3。
实验验证测得结果是否准确：
验证该方法是否能够准确辨识出待测空气中甲醛浓度：再将该待测样品溶液采用紫外分光光度计测试吸光度检测吸收溶液在630nm波长下的吸光度分别为0.108、0.128和0.244，计算出溶液中真实的甲醛含量分别为0.032 mg/m3、0.39 mg/m3和0.079 mg/m3，与真实情况下测试仓内分别预设的甲醛含量0.03 mg/m3、0.04 mg/m3和0.08 mg/m3一致。
需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所述的方法、系统和装置所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的方法、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的方法或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种基于颜色数据分析的物质含量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，建立物质含量与标准样品颜色数据对应关系数据库简称标准样品颜色数据库，作为颜色数据比对的标准；
S2，根据检测结果精度需求，选取一定数量标准样品对应的颜色数据，印刷成若干色块；
S3，将待测样品与若干色块在同一平面共同拍摄取景；
S4，识别出与待测样品的颜色数据最相近的色块；
S5，从标准样品颜色数据库中找出该色块对应的物质含量，即认定为待测样品中的物质含量。
2.如权利要求1所述的一种基于颜色数据分析的物质含量检测方法，其特征在于，所述步骤S1，建立标准样品颜色数据库，包括以下步骤：
S101，根据检测结果精度需求，预先制备一系列不同有色物质含量的标准样品；
S102，在相同拍摄环境下，同一固定高度对标准样品拍摄取景；
S103，识别出标准样品的颜色数据；
S104，把颜色数据转换成Lab颜色模式数据，并建立不同有色物质含量的标准样品与其颜色数据的对应关系数据库。
3.如权利要求1所述的一种基于颜色数据分析的物质含量检测方法，其特征在于，所述步骤S2中，根据检测结果精度需求，且实际待测样品的物质含量在选取的标准样品的物质含量范围内，选取对应的颜色数据，印刷成若干色块；在印刷的色块之间预留出放置样品的区域，且在色块和待测样品区域的边缘处设置三个定位点。
4.如权利要求1所述的一种基于颜色数据分析的物质含量检测方法，其特征在于，所述步骤S3的拍摄取景过程中，所述待测样品与色块处于同一取景框内，且多个待测样品之间的拍摄取景高度相同。
5.如权利要求4所述的一种基于颜色数据分析的物质含量检测方法，其特征在于，所述拍摄取景为自动拍摄取景。
6.如权利要求1所述的一种基于颜色数据分析的物质含量检测方法，其特征在于，所述步骤S4，识别出与待测样品的颜色数据最相近的色块，包括以下步骤：
S401，对图像进行色彩平衡处理；
S402，识别出色块区域；
S403，识别出待测样品区域；
S404，识别待测样品和各色块的颜色数据；
S405，把颜色数据转换成Lab颜色模式数据，并通过色差算法比对出与待测样品颜色数据最接近的色块。
7.如权利要求1~6任一权利要求所述的一种基于颜色数据分析的物质含量检测方法，其特征在于，所述颜色数据为RGB颜色模式数据。
8.一种利用权利要求1-7任一权利要求所述的一种基于颜色数据分析的物质含量检测方法的系统，其特征在于，包括样品容器、取景模块、颜色数据识别模块、颜色数据存储模块、比色卡、颜色比对模块、结果显示模块，
所述样品容器置于比色卡上，取景模块位于比色卡上一定距离，取景模块、颜色数据识别模块、颜色数据存储模块依次连接，颜色数据识别模块还依次与颜色比对模块、颜色数据存储模块、结果显示模块连接，
所述取景模块拍摄样品容器中的标准样品，通过颜色数据识别模块识别出标准样品颜色数据，把数据储存于颜色数据存储模块中，并根据标准样品的颜色数据制成比色卡，取景模块同时拍摄待测样品和比色卡，通过颜色数据识别模块，识别出待测样品颜色和比色卡上不同色块的颜色，由颜色比对模块，比对出与待测样品颜色最接近的色块，在颜色数据存储模块中找出该色块对应的有色物质含量，在结果显示模块中显示结果。
9.一种利用权利要求1-7任一权利要求所述的一种基于颜色数据分析的物质含量检测方法的装置，其特征在于，包括样品容器、比色卡和取景分析终端，
所述样品容器为白色或透明容器；
所述比色卡包括定位点、色块区域和样品区域，所述定位点位于色块区域的边缘，所述样品区域位于色块区域内；
所述取景分析终端，能够通过拍摄取景，获取比色卡及样品容器内的样品图片并进行色彩平衡处理，能够识别出图片中的定位点、色块区域和样品区域，识别出色块颜色和样品颜色，并比对出与样品颜色最接近的色块，从预先配置的标准样品颜色数据库中找出该色块对应的有色物质含量。
10.如权利要求9所述的一种基于颜色数据分析的物质含量检测方法的装置，其特征在于，还包括显示屏。
11.如权利要求9或10任一权利要求所述的一种基于颜色数据分析的物质含量检测方法的装置，其特征在于，所述取景分析终端为带有摄像头的智能移动终端或服务器与带有摄像头的智能移动终端的结合。
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