摘要：以藍色硫酸銅溶液為研究對象，根據(jù)溶液中有色物質(zhì)顏色值與其濃度成正比的原理，通過采集有色溶液樣液的圖像信息，采用Matlab圖像處理后分析圖像RGB值與其對應硫酸銅溶液濃度之間的關(guān)系。通過實驗分析，二者的相關(guān)系數(shù)R=0.992 54,測量誤差約為±5%,結(jié)果證明利用圖像分析法測試有色溶液濃度的可行性。

　　0 引言

　　基于朗伯-比爾定律的分光光度法是進行有色溶液濃度測量的主要方法。朗伯比爾定律是指一束光照射某有色溶液時，其入射光強I0的變化（減弱）與溶液濃度C、液層厚度（或光程長）L 之間的關(guān)系：

　　其中A 為吸光度；K 為吸光系數(shù)；IT 為透射光強。此方法屬于間接測量，分光光度計比較貴，且透過光強與濃度呈非線性的對數(shù)關(guān)系。朗伯-比爾定律可敘述為有色溶液的顏色深度（即有色溶液的色度）正比于溶液的濃度[1].

　　基于這一原理以及近年來數(shù)字圖像技術(shù)的發(fā)展其應用越來越廣泛，本文也嘗試以藍色的硫酸銅溶液為對象采用圖像分析法對有色物質(zhì)進行濃度測試研究。

　　1 圖像的獲取

　　配制7組CuSO4有色工作溶液，其濃度分別為0 mg/mL,5 mg/mL,10 mg/mL,20 mg/mL,30 mg/mL,40 mg/mL,50 mg/mL.將配好的7 組無水硫酸銅藍色溶液依次加入到比色皿中，放在用透光度不敏感的紙盒自制的測量暗室里面。暗室的內(nèi)壁用漫反射好的背景白板（材料為BaSO4）覆蓋，采用CIE標準照明體A（普通白熾燈）2個，并在暗室兩側(cè)內(nèi)壁上形成對稱放置。朗伯反射原理指出，白板的漫反射性越好，反射出的光均勻度越高。普通Logitech（R）攝像頭作為圖像傳感器，依次采集7 組硫酸銅標準液的圖像并保存到硬盤，以備使用。實驗裝置示意圖如圖1所示。

　　2 圖像處理

　　本文在采集藍色硫酸銅溶液的圖像信息后，采用Matlab軟件進行圖像處理分析，主要是檢測范圍的選擇和圖像的濾波處理。Matlab語言不僅具有語法限制不嚴格，程序設(shè)計自由度大，程序的可移植性好的優(yōu)點，而且它擁有功能強大的圖像分析和處理工具箱。利用圖像處理工具箱，可以很方便地對圖像的性質(zhì)進行深入的研究。

　　Matlab圖像處理工具箱支持索引圖像、RGB 圖像、灰度圖像、二進制圖像并能操作bmp,jpg,tif等多種圖像格式文件。

　　RGB顏色空間是數(shù)字圖像處理中一種十分常用的彩色顯示空間。三基色R,G,B相互獨立，即其中任一色均不能由其他二色混合產(chǎn)生。它們的又是完備，即所有其他顏色都可以由三基色按不同的比例組合而得到。

　　在RGB 空間對彩色圖像進行分析處理，比較常用的方法是對各個分量進行灰度圖像處理。

　　2.1 檢測范圍的選擇

　　采集到的圖像包括溶液圖像和背景圖像2部分，而只需要關(guān)心溶液部分的圖像色度值。為了實現(xiàn)對所有的圖像進行統(tǒng)一標準分析，采用Matlab圖像處理函數(shù)在溶液圖像上設(shè)計一個矩形，即把矩形內(nèi)圖像作為分析對象，實現(xiàn)程序如下：

　　2.2 中值濾波處理

　　在圖像的采集和傳輸過程中，獲取圖像的工具和方法等因素的影響，不可避免地產(chǎn)生各種類型的噪聲，從而使圖像質(zhì)量降低，進而影響后續(xù)處理的效果。因此，需要對圖像進行一些。這種噪聲干擾如不經(jīng)過濾波處理，會造成圖像色度值的測量不準確，從而影響分析結(jié)果。

　　各種濾波器中，常用且有效的是中值濾波。中值濾波可以克服線性濾波器所帶來的圖像細節(jié)模糊，并且可以十分有效濾除脈沖噪聲。運用Matlab語言實現(xiàn)藍色硫酸銅溶液的中值濾波程序如下，原始圖像和所選擇檢測范圍內(nèi)中值濾波處理后的圖像如圖2所示。

　　3 結(jié)果分析

　　利用Photoshop cs2.0軟件分析處理后圖像的RGB值，CuSO4溶液濃度與對應圖像RGB值之間關(guān)系見表1.

　　根據(jù)直線擬合可得到RGB平均值I 與有色溶液濃度C之間的關(guān)系為：I = -0.334 6C + 255.2,即C = - I - 255.2/0.334 6 ,圖3為線性擬合直線圖。

　　由圖3可看出，有色溶液的濃度和色度值成良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R=0.992 54.因此若測定出未知濃度的有色溶液圖像的色度值，根據(jù)擬合直線，則可以計算出溶液的濃度。

　　4 結(jié)語

　　采用圖像比色分析測量硫酸銅溶液濃度，實驗表明對于有色溶液的濃度完全可以應用此方法來確定。若能進一步提高實驗裝置的制作，如提高測量暗室的封密度等，則可提高溶液濃度與色度值線性相關(guān)度，即可提高測量的度。