[發(fā)明專利]一種水質(zhì)檢測試紙識別方法和系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111457890.5
• 申請日: 2021-12-02
• 公開（公告）號: CN114264648A
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔣錦剛;馮慧云;余增亮;鮑楠楠
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院
• 主分類號: G01N21/78
• 分類號: G01N21/78;G01N21/01
• 代理公司: 合肥和瑞知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 34118
• 代理人: 金宇平

一種水質(zhì)檢測試紙識別方法和系統(tǒng)，用于水質(zhì)檢測試紙檢測信息的識別和水質(zhì)試紙檢測識別結(jié)果的空間信息關(guān)聯(lián)建庫，屬于環(huán)境信息領(lǐng)域。該方法包括：構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)樣本圖像數(shù)據(jù)庫，對標(biāo)準(zhǔn)樣本RGB圖像進(jìn)行R、G、B單通道統(tǒng)計(jì)特征解析提取；將R、G、B特征信息與水質(zhì)結(jié)果進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練建模，建立水質(zhì)檢測試紙識別模型；在模型應(yīng)用時(shí)，首先設(shè)計(jì)了水質(zhì)檢測試紙顯色區(qū)自動(dòng)識別定位算法，并獲取顯色區(qū)R、G、B通道特征信息，通過上述識別模型實(shí)現(xiàn)水質(zhì)結(jié)果的AI識別計(jì)算；最后將試紙識別結(jié)果與水樣所在的空間地理坐標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)檢測結(jié)果與地理空間信息關(guān)聯(lián)建庫。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像識別和數(shù)據(jù)建模領(lǐng)域，尤其涉及一種水質(zhì)檢測試紙識別方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

水環(huán)境水質(zhì)指標(biāo)監(jiān)測對于水體環(huán)境質(zhì)量評估、生態(tài)安全與人類健康保障具有重要意義。傳統(tǒng)的水環(huán)境監(jiān)測分析方法主要以化學(xué)-儀器分析方法為主，需要專業(yè)的技術(shù)人員借助化學(xué)分析試劑及精密的儀器進(jìn)行分析測試操作，目前儀器分析方法分為光化學(xué)分析法、電化學(xué)分析法、色譜法和放射分析法等。由于儀器價(jià)格昂貴及分析操作方法專業(yè)要求較高等因素，限制了化學(xué)-儀器分析方法的推廣及在偏遠(yuǎn)和野外地區(qū)的應(yīng)用。

隨著光電與生物傳感器、微型計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，便攜式、多參數(shù)水質(zhì)檢測儀器在水源地、湖泊和城市河道水環(huán)境監(jiān)測中得到越來越廣泛的應(yīng)用。快速檢測試劑盒作為一種簡便、高效的檢測方法，在水質(zhì)現(xiàn)場檢測領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用空間，水質(zhì)理化快檢試劑盒主要采用直接加藥法、試紙法、測試管法等。簡易快速理化測試方法的確立可以使原本復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)室水質(zhì)分析變得快速簡便，適合現(xiàn)場和實(shí)驗(yàn)室快速測定，可以滿足不同層面理化檢測的需要。但是，由于快速檢測方法通常需要人工目視比色，使得其檢測結(jié)果的精度值存在較大的誤差和不確定性。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中水質(zhì)理化快檢試紙檢測法中人工目視比色讀數(shù)精度差的缺陷，本發(fā)明提出了一種水質(zhì)檢測試紙識別方法和系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的之一提供了一種水質(zhì)檢測試紙識別方法，結(jié)合樣本圖像在多個(gè)單一顏色通道上的單通道特征數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測試紙的識別，實(shí)現(xiàn)了對檢測試紙的高精度AI識別。

一種水質(zhì)檢測試紙識別方法，通過大數(shù)據(jù)訓(xùn)練獲得的水質(zhì)檢測試紙識別模型進(jìn)行試紙識別，其特征在于，所述水質(zhì)檢測試紙識別模型用于結(jié)合樣本圖像經(jīng)RGB顏色解析后的RGB單通道圖像的特征數(shù)據(jù)獲得檢測試紙的識別結(jié)果，所述樣本圖像為檢測試紙上檢測區(qū)域的圖像；所述水質(zhì)檢測試紙識別模型的輸入包括樣本圖像對應(yīng)的R通道特征數(shù)據(jù)、G通道特征數(shù)據(jù)和B通道特征數(shù)據(jù)中的三項(xiàng)或者兩項(xiàng)；所述R通道特征數(shù)據(jù)用于表示樣本圖像對應(yīng)的R通道圖像的像素分布特征，所述G通道特征數(shù)據(jù)用于表示樣本圖像對應(yīng)的G通道圖像的像素分布特征，所述B通道特征數(shù)據(jù)用于表示樣本圖像對應(yīng)的B通道圖像的像素分布特征；所述水質(zhì)檢測試紙識別模型的輸出為檢測試紙的識別結(jié)果。

優(yōu)選的，所述水質(zhì)檢測試紙識別模型基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型訓(xùn)練獲得。

優(yōu)選的，包括以下步驟：獲得作為測試對象的樣本圖像，獲得測試對象對應(yīng)的多個(gè)單一顏色通道上的單通道圖像，獲取各單通道圖像對應(yīng)的單通道特征數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)據(jù)；將所述輸入數(shù)據(jù)輸入所述的水質(zhì)檢測試紙識別模型，獲得所述水質(zhì)檢測試紙識別模型的輸出數(shù)據(jù)作為識別結(jié)果；

輸入數(shù)據(jù)的獲取方法為；首先對樣本圖像進(jìn)行顏色解析，獲得樣本圖像對應(yīng)的多個(gè)單一顏色通道上的單通道圖像，所述多個(gè)單一顏色通道涵蓋所述水質(zhì)檢測試紙識別模型的輸入數(shù)據(jù)中包含的單通道；獲取用于反饋單通道圖像上像素值與像素點(diǎn)數(shù)量對應(yīng)關(guān)系的正態(tài)分布的均值μ和標(biāo)準(zhǔn)差σ，以所述均值μ和標(biāo)準(zhǔn)差σ的組合或者均值μ和標(biāo)準(zhǔn)差σ的運(yùn)算區(qū)間[(μ-σ)，(μ+σ)]作為該單通道圖像對應(yīng)的單通道特征數(shù)據(jù)；所述樣本圖像為檢測試紙上檢測區(qū)域的圖像。

優(yōu)選的，單通道特征數(shù)據(jù)中的均值和標(biāo)準(zhǔn)差根據(jù)以下公式計(jì)算獲得：