基于数字图像比色法的水体pH定量检测

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1、国内图书分类号：X87密级：公开国际图书分类号：528西南交通大学研究生学位论文基于数字图像比色法的水体pH定量检测年级二零一五级姓名王莹申请学位级别工学硕士专业测绘科学与技术指导老师李志林、慎利二О一八年五月ClassifiedIndex:X87U.D.C:528SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisQUANTITATIVEDETERMINATIONOFPHINWATERBASEDONDIGITALIMAGECOLORIMETRYGrade:2015Candidate:WANGYingAcademicDegreeApplied

2、for:Master’sDegreeSpeciality:ScienceandTechnologyofSurveyingandMappingSupervisor:LIZhilin&SHENLiMay2018西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属千1.保密口，在年解密后适用本授权书；2.不保密过／使用本授权书。”

3、（请在以上方框内打寸")�学位论文作者签名：f_,生指导老师签名：日期：为ti,5,2b日期：为ti,5,2b西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要水资源是重要的自然资源，水体pH作为度量水体健康程度的关键因素之一，可直观反映水质的变化，被广泛应用于水质评估和水体检测中。检测水体pH的常用手段是目视比色法、光度法和电位法。这些检测方法应用的关键点有四个，分别是成本高低、易操作性、可移植性、准确性。随着摄像设备及图像处理技术的发展，兴起了一种新的比色分析方法，即数字图像比色法，其因操作简便、成本低廉而被广泛应用于颜色的量化分析中。利用数字图像比色法检测水体的pH值，不仅能够节约经

4、济成本、简化检测过程，而且用图像分析方法来识别及提取pH试纸上的颜色信息，避免了目视解译方法的主观因素影响，还能实现试纸上颜色信息的量化，进而提高检测精度，实现快速、定量检测水体pH的目标。该方法应用的难点在于选取合适的颜色特征及克服图像获取过程中光照条件的影响。针对上述问题，本文基于数字图像比色法建立了一个具有光照条件适应性的水体pH值定量预测模型，为数字图像比色法应用于其它水质参数的定量检测奠定了基础。具体研究内容和成果为：(1)本文采用相机获取溶液样本中变色试纸的数字图像，并分别在RGB颜色空间和HSV颜色空间实现颜色的量化，讨论了RGB颜色空间中各分量及HSV颜色空间的H

5、ue分量与溶液pH值之间的关系，选取出Hue分量作为反映试纸变色信息的颜色特征并建立了基于数字图像比色法的水体pH预测模型。(2)首先探讨了不同光照条件对模型的影响，实验结果表明，模型具有较好的光照条件适应性；然后采用湖水样本、饮用水样本及自来水样本等不同类型的水体样本对检测模型进行验证，相关实验表明检测模型对不同样本的检测均是有效的；最后采用模拟的复杂pH水域对检测模型进行验证，结果表明检测模型能够检测出酸性和碱性两类模拟复杂pH水域的整体变化趋势。(3)本文将基于数字图像比色法的水体pH值定量检测模型应用于真实的湖水水域中，结果表明该模型可以较好地预测湖水水域的pH值，即检测

6、模型对自然场景中的水域具有适用性。关键字：数字图像比色法；水体pH值；定量检测；HSV颜色空间西南交通大学硕士研究生学位论文第II页AbstractWaterresourceisanimportantnaturalresource,andthepHvalueisoneofthekeyfactorsthatdeterminethehealthofawaterenvironment,itcouldintuitivelyreflectthechangeofwaterquality.Therefore,thepHvalueofawaterenvironmentisanimportantv

7、ariableforwaterqualityassessment.ThecommonmeansofdetectingthepHofawaterbodyarevisualcolorimetry,photometry,andpotentiometry,andtherearefourkeypointsfortheapplicationofthesedetectionmethods:cost,easyoperation,portability,andaccuracy.Withthedev