matlab 标准色度图,采用Matlab图像进行有色溶液样液浓度测试

引言

基于朗伯-比尔定律的分光光度法是一种主要采用该理论来测量有色溶液浓度的技术手段。朗伯-比尔定律则描述了当一束光线照射至某有色溶液时, 入射光强I₀（即初始光线强度）会随着溶质浓度C和吸收层宽度L（亦称吸收路径长度）的变化而减弱.

其中A为吸收度；K为吸收系数；IT为透射强度。
此方法属于间接测量。
分光共温仪较为昂贵。
透射强度与浓度间呈非线性对数关系。
朗伯-贝尔定律可表述为彩色溶液的颜色深度（亦即彩色溶液的色调）与其浓度成正相关。

遵循这一理论基础及近几十年来数字图像技术的发展趋势其应用得到了广泛应用

1图像的获取

配制7份不同浓度的硫酸铜有色标准溶液（其浓度分别为：0 mg per mL、5 mg per mL、10 mg per mL、20 mg per mL、30 mg per mL、40 mg per mL及50 mg per mL）后，在带有透明隔板保护的自封闭黑暗室内分别进行比色测定操作。具体操作步骤如下：首先将配制好的7份无水硫酸铜蓝色标准溶液按顺序加入比色皿中；随后将装有试剂的比色皿置于具有镜面反射效果良好的白色背景板覆盖下；实验中采用两个符合CIE A系列标准（即模拟普通白炽灯）作为光源，并在黑暗室两侧对称布置固定安装位置；最后配置使用的普通Logitech(R)摄像头作为图像采集模块完成数据采集任务

2图像处理

本文在获取蓝色硫酸铜溶液的图像信息后，在Matlab软件中进行了图像处理与分析工作。该软件主要针对选择合适的检测区域以及去除噪声进行了相应的处理操作。Matlab语言不仅具有语法约束不严格、程序设计自由度大以及程序可移植性好的优点，并且还拥有功能强大的图像分析与处理工具箱。借助于这些工具箱功能模块的支持，在Matlab环境下能够较为方便地对所提取图像的性质进行深入研究和探讨。

Matlab图像处理工具箱能够处理索引型图像、RGB颜色图以及灰度图等多种类型，并可操作包括BMPEJPGTIF在内的多种常见图片文件格式。

RGB颜色空间是数字图像处理中广泛应用的一种显示色彩空间。三基色R、G、B彼此独立；其中任意一种颜色都无法由另外两种混合生成。这种关系则是完整的；可以通过不同比例的三基色混合来获得各种色彩。

基于RGB颜色空间对彩色图像进行分析处理时, 通常采用的方式是将各个分量转换为灰度图像来进行处理

2.1检测范围的选择

采集到的图像主要包含溶液区域与背景区域两个组成部分，在实验过程中我们特别关注溶液区域的颜色值变化情况。为确保所有分析结果的一致性与可比性，在选定区域的基础上我们通过Matlab图处理工具，在选定区域绘制矩形框选区以实现自动化的颜色值提取功能

2.2中值滤波处理

在图像采集及传输的过程中,受工具与方法等因素的影响,必然导致不同类型的噪声产生,从而影响后续处理效果.因此,有必要对图像进行相应的处理.这种噪声干扰若不经过滤波器处理,将导致所测得的色度值出现偏差.

在各类滤波器中最常用且效果最为显著的就是中值滤波算法

该方法能够消除线性filter导致的图像模糊问题，并能有效地去除脉冲noise

利用Matlab编程实现蓝色硫酸铜溶液的去噪处理方案如下

通过对比原始图像与经过中值滤波处理后的图像（如图2所示），可以看出去噪效果

3结果分析

通过Photoshop CS2.0软件对处理后的图像进行RGB值分析，并探究了CU SO4溶液浓度与其对应的RGB值的关系，并将其结果列于表1中。

通过直线拟合方法得出RGB平均值I与有色溶液浓度C之间的关系式：I = -0.\!7897 \times C + 189.\!8由此可得C = (-\!I - 189.\!8) / 0.\!7897如图所示为线性拟合结果图形

如图3所示，在分析结果中可见的是：有色溶液的浓度与色度值之间呈现良好的线性关系，并且其相关系数为R=0.99254。一旦测得未知浓度样本其图像对应的色度值即可通过拟合直线方程求解其实际浓度。

4结语

利用图像比色分析测定硫酸铜溶液浓度，在实验中发现对于有色溶液而言完全可以用此方法确定其浓度值。通过进一步优化实验装置的制作精度，例如通过提升测量暗室密封性等措施，则能够显著提升溶液浓度与其颜色深度之间的线性相关程度，并进而改善测定精确度。