胡肇?zé)@ 張凌雪

摘要：PH值測定在生物醫(yī)學(xué)研究、醫(yī)學(xué)臨床診斷、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要應(yīng)用價值。本文基于數(shù)字圖像技術(shù)，設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了一種應(yīng)用手機(jī)APP進(jìn)行溶液PH值測定方法。該方法方便、簡潔，成功克服傳統(tǒng)比色法中不同實(shí)驗(yàn)者主觀判斷差異的不利因素，并提高了比色法PH值測量精度。

關(guān)鍵詞：圖像處理；PH值測量；比色法

中圖分類號：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）08-0089-02

1 引言

PH值亦稱氫離子濃度指數(shù)，是溶液中氫離子活度的一種標(biāo)度，也就是通常意義上溶液酸堿程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。PH值測定在生物醫(yī)學(xué)研究、醫(yī)學(xué)臨床診斷、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中具有重要應(yīng)用價值。目前常用的測定方法[1-2]有兩種：電極法和比色法。電極法從經(jīng)典的玻璃電極到新型絕緣柵場效應(yīng)管電極，其結(jié)構(gòu)形式多種多樣，但都存在內(nèi)部阻抗高，易受外界干擾等問題，PH值測量結(jié)果會出現(xiàn)跳變、漂移等現(xiàn)象。比色法雖然不受到外界干擾，但標(biāo)準(zhǔn)比對色模板有限，造成測量值分辨率較低，且受檢測人主觀因素影響。本文將數(shù)字圖像處理技術(shù)引入傳統(tǒng)比色法中，應(yīng)用Android系統(tǒng)手機(jī)采集圖像數(shù)據(jù)，應(yīng)用開發(fā)App軟件分析并計算PH值。實(shí)驗(yàn)證明，該方法有效提高了比色法的測量精度。

2 測量方法

2.1 數(shù)字圖像技術(shù)[3-5]

數(shù)字圖像，又稱數(shù)碼圖像或數(shù)位圖像，可用數(shù)組或矩陣表示。像素是數(shù)字圖像的基本元素，每個像素具有整數(shù)行（高）和列（寬）位置坐標(biāo)，同時每個像素都具有整數(shù)灰度值或顏色值。數(shù)字圖像可以用數(shù)碼相機(jī)、掃描儀等獲得，可分成二值圖像、灰度圖像、彩色圖像。彩色圖像是由三幅不同顏色的灰度圖像組合而成，一個為紅色，一個為綠色，另一個為藍(lán)色。彩色圖像可以轉(zhuǎn)換成灰度圖像，其轉(zhuǎn)換關(guān)系如公式1所示。

本文就是基于彩色圖像RGB值隨著溶液PH值變化規(guī)律進(jìn)行高分辨率PH值測定。

2.2 PH試紙標(biāo)準(zhǔn)色碼

本文應(yīng)用華為榮耀手機(jī)對PH試紙標(biāo)準(zhǔn)色碼進(jìn)行拍照，獲取如圖1所示的數(shù)碼圖像。對獲取圖像進(jìn)行圖像處理，讀取不同色碼一定區(qū)域像素RGB值平均值，并繪出圖2所示的顏色變化曲線。其中紅色曲線為R值，綠色曲線為G值，藍(lán)色曲線為B值，黑色曲線為灰度值，計算公式為公式1。

由圖2可見，在標(biāo)準(zhǔn)色卡之間RGB有一定間隔，且具有一定的變換規(guī)律，表明本文提出測量方法完全可行。

2.3 實(shí)驗(yàn)過程

本文采用飲料脈動作為測試溶液，通過加水稀釋方法獲得不同PH值。實(shí)驗(yàn)開始時，首先應(yīng)用電極法，即購買的PH值電極測定儀測得脈動飲料溶液PH值；再應(yīng)用吸管吸取測試溶液滴在PH測試試紙質(zhì)上，1秒后，將測試試紙和標(biāo)準(zhǔn)色卡并排放置一起，這主要是解決光照非均勻、曝光時間等問題，打開華為榮耀手機(jī)上自己開發(fā)APP采集圖像，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計算出測試溶液PH值；對比電極測定儀和APP測定的脈動溶液PH值。加水稀釋脈動飲料溶液，并按照如上所屬過程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本文進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，測得不同濃度下脈動飲料PH值。圖3為PH值為4.01的采集圖像，左側(cè)為標(biāo)準(zhǔn)色卡，右側(cè)為試紙。圖4為PH值為5.24的采集圖像，左側(cè)為標(biāo)準(zhǔn)色卡，右側(cè)為試紙。應(yīng)用本文提出方法測得結(jié)果分別為：4.15， 5.3。

3 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：基于數(shù)字圖像技術(shù)的PH測量值和電極法測量儀測定值基本吻合。實(shí)驗(yàn)誤差可能主要來源于兩個方面：即比色法的光照非均勻性、數(shù)字圖像處理時感興趣區(qū)域選擇；作為溶液PH準(zhǔn)確值的電極測量儀測量波動等幾個方面。

參考文獻(xiàn)

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