基于图像颜色特征提取的维生素C含量测定方法研究

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维生素C又称抗坏血酸,是一种人体必需的维生素,而人体自身不能合成维生素C,主要是通过水果、蔬菜和药物摄入维生素C,过量摄入会造成肾脏损伤。因此,开发简单快捷的维生素C含量测定方法和仪器尤为重要。本文将图像颜色特征提取技术应用于维生素C含量测量,采用数字摄像头代替传统的光电检测单元,结合计算机图像处理和数据分析,研究不同颜色分量与维生素C浓度关系,建立维生素C含量测定模型,实现维生素C含量的测定。主要研究成果如下:(1)基于可见光摄像头和显色反应,构建了可见光维生素C浓度测定系统。设计了基于可见光摄像头的图像采集装置和图像分析软件,用于采集经显色反应后维生素C溶液图像信息,提取图像的颜色特征。通过非线性、线性和多元数据拟合,建立了颜色特征和维生素C浓度的测定模型。将模型应用于标准维生素C溶液与实际样品中,其中多元拟合模型效果最佳,检测范围为0.81–20.00μg/m L(R2=0.9994),LOD为0.24μg/m L,LOQ为0.81μg/m L,准确度为98.95%,精密度(RSD)为0.73%。结果表明,该方法的准确度高于分光光度法,且设计简单,操作方便,设备成本仅为206.32元。(2)在可见光摄像头维生素C浓度测量的基础上,提出了一种红外摄像头结合碘比浊法测定维生素C的新方法。根据维生素C与碘之间的氧化还原关系,利用红外摄像头比浊法测定残留碘,得到维生素C的含量。红外发光二极管(LED)发出的光穿过残留的碘悬浮液时被吸收和散射。通过红外摄像头对透射光进行捕获,形成数字图像,提取图像颜色特征及灰度值,建立颜色特征和维生素C浓度的测定模型。将该模型与分光光度法进行对比,该方法与分光光度法一致且准确率更高。(3)针对图像颜色特征提取过程中易受光照影响的问题,基于色彩恒常理论,将去光照算法应用于图像采集装置采集的图片。探究了不同的去光照算法对实验结果的影响,其中MSR算法处理效果最佳,处理后图像色彩还原度好,边缘保留清晰,从而尽可能减少光照对图像颜色特征提取的影响。本文围绕维生素C测量,建立基于图像的维生素C测量模型,实现基于可见光图像结合显色反应和红外图像结合碘比浊法两种维生素C测量方法,为物质测量提供了新的思路,拓宽了计算机的应用领域,具有重要的学术价值与应用前景。
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