引言

基于朗伯-比爾定律的分光光度法是進行有色溶液濃度測量的主要方法。朗伯比爾定律是指一束光照射某有色溶液時，其入射光強I0的變化（減弱）與溶液濃度C、液層厚度（或光程長）L 之間的關系：

其中A 為吸光度；K 為吸光系數；IT 為透射光強。此方法屬于間接測量，分光光度計比較貴，且透過光強與濃度呈非線性的對數關系。朗伯-比爾定律可敘述為有色溶液的顏色深度（即有色溶液的色度）正比于溶液的濃度。

基于這一原理以及近年來數字圖像技術的發展其應用越來越廣泛，本文也嘗試以藍色的硫酸銅溶液為對象采用圖像分析法對有色物質進行濃度測試研究。

1 圖像的獲取

配制7組CuSO4有色工作溶液，其濃度分別為0 mg/mL,5 mg/mL,10 mg/mL,20 mg/mL,30 mg/mL,40 mg/mL,50 mg/mL.將配好的7 組無水硫酸銅藍色溶液依次加入到比色皿中，放在用透光度不敏感的紙盒自制的測量暗室里面。暗室的內壁用漫反射好的背景白板（材料為BaSO4）覆蓋，采用CIE標準照明體A（普通白熾燈）2個，并在暗室兩側內壁上形成對稱放置。朗伯反射原理指出，白板的漫反射性越好，反射出的光均勻度越高。普通Logitech（R）攝像頭作為圖像傳感器，依次采集7 組硫酸銅標準液的圖像并保存到硬盤，以備使用。實驗裝置示意圖如圖1所示。

2 圖像處理

本文在采集藍色硫酸銅溶液的圖像信息后，采用Matlab軟件進行圖像處理分析，主要是檢測范圍的選擇和圖像的濾波處理。Matlab語言不僅具有語法限制不嚴格，程序設計自由度大，程序的可移植性好的優點，而且它擁有功能強大的圖像分析和處理工具箱。利用圖像處理工具箱，可以很方便地對圖像的性質進行深入的研究。

Matlab圖像處理工具箱支持索引圖像、RGB 圖像、灰度圖像、二進制圖像并能操作bmp,jpg,tif等多種圖像格式文件。

RGB顏色空間是數字圖像處理中一種十分常用的彩色顯示空間。三基色R,G,B相互獨立，即其中任一色均不能由其他二色混合產生。它們的又是完備，即所有其他顏色都可以由三基色按不同的比例組合而得到。

在RGB 空間對彩色圖像進行分析處理，比較常用的方法是對各個分量進行灰度圖像處理。

2.1 檢測范圍的選擇

采集到的圖像包括溶液圖像和背景圖像2部分，而只需要關心溶液部分的圖像色度值。為了實現對所有的圖像進行統一標準分析，采用Matlab圖像處理函數在溶液圖像上設計一個矩形，即把矩形內圖像作為分析對象，實現程序如下：

2.2 中值濾波處理

在圖像的采集和傳輸過程中，獲取圖像的工具和方法等因素的影響，不可避免地產生各種類型的噪聲，從而使圖像質量降低，進而影響后續處理的效果。因此，需要對圖像進行一些。這種噪聲干擾如不經過濾波處理，會造成圖像色度值的測量不準確，從而影響分析結果。

各種濾波器中，最常用且最有效的是中值濾波。中值濾波可以克服線性濾波器所帶來的圖像細節模糊，并且可以十分有效濾除脈沖噪聲。運用Matlab語言實現藍色硫酸銅溶液的中值濾波程序如下，原始圖像和所選擇檢測范圍內中值濾波處理后的圖像如圖2所示。

3 結果分析

利用Photoshop cs2.0軟件分析處理后圖像的RGB值，CuSO4溶液濃度與對應圖像RGB值之間關系見表1.

根據直線擬合可得到RGB平均值I 與有色溶液濃度C之間的關系為：I = -0.334 6C + 255.2,即C = - I - 255.2/0.334 6 ,圖3為線性擬合直線圖。

由圖3可看出，有色溶液的濃度和色度值成良好的線性關系，相關系數R=0.992 54.因此若測定出未知濃度的有色溶液圖像的色度值，根據擬合直線，則可以計算出溶液的濃度。

4 結語

采用圖像比色分析測量硫酸銅溶液濃度，實驗表明對于有色溶液的濃度完全可以應用此方法來確定。若能進一步提高實驗裝置的制作精度，如提高測量暗室的封密度等，則可提高溶液濃度與色度值線性相關度，即可提高測量的精確度。