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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Hue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,即检测模型对自然场景中的水域具有适用性。