基于HIS模型的污水顏色識別處理

吳曙光,鄔亞平（江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣東　江門　529090）

基于HIS模型的污水顏色識別處理

吳曙光,鄔亞平
（江門職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣東江門529090）

污水顏色分量由紅、綠、藍(lán)色三分量，常用的識別算法難于準(zhǔn)確識別污水具體顏色。本文提出的基于HIS顏色分類算法識別污水顏色。實驗結(jié)果表明,改進(jìn)后的污水顏色識別算法對于HIS模型條件下的顏色識別具有魯棒性高、計算速度快、識別準(zhǔn)確度高等優(yōu)點。

顏色分量；識別；HIS

1　引言

工業(yè)超標(biāo)廢水偷排監(jiān)控現(xiàn)階段主要依靠環(huán)保執(zhí)法監(jiān)察部門不定期對工廠排放污水取樣化驗后進(jìn)行違法判定。檢測結(jié)果精確度雖高，但檢測周期長，不利于技術(shù)推廣。依托污水顏色實時監(jiān)測將有助提升政府環(huán)境監(jiān)察部門執(zhí)法效能。污水顏色采集實時響應(yīng)，必須先對污水顏色進(jìn)行分類處理，但RGB三分量組成種顏色，難于識別具體顏色。文中設(shè)計HIS顏色分類算法識別出污水具體顏色[1-4]。

2　總體設(shè)計

信號處理模塊包括信號預(yù)處理、信號傳輸、顏色識別、信號傳輸三部分組成。

信號預(yù)處理：采用微處理器處理信號噪聲，MCU主控模塊以ARMCortex-M3處理器LPC1766為核心，實現(xiàn)現(xiàn)場顏色采集、識別等功能。LPC1766芯片使用高性能的ARMCortex-M332位的RISC內(nèi)核，工作頻率為100MHz。它內(nèi)置高速存儲器(高達(dá)512K字節(jié)的閃存和64K字節(jié)的SRAM)，豐富的增強I/O端口和聯(lián)接到兩條APB總線的外設(shè)。

信號傳輸：利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將污水顏色RGB三分量傳遞到中央控制終端。

顏色識別：將顏色分類進(jìn)行分類，減少數(shù)據(jù)匹配計算量。

3　信號傳輸

2.4G模塊JF24C的傳輸速率可達(dá)到1Mbps,并具有前向糾錯(ForwardErrorCorrection)、快速跳頻(fasthopping)、循環(huán)冗余校驗(CRC)等功能，可在擁擠的ISMband中達(dá)到穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)傳輸。2.4G模塊JF24C整合了高頻鍵控（GFSK）收發(fā)電路的功能，以特小體積實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋Ｆ渲袃?nèi)含先進(jìn)先出(FIFO)、緩沖器，減輕微控制器(microcontroller)在數(shù)據(jù)處理的負(fù)擔(dān)，實現(xiàn)低成本MCU完成高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕鉀Q方案與射頻應(yīng)用的方便性。

無線通信號傳輸協(xié)議：設(shè)定信號數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)幀頭、數(shù)據(jù)位、校驗位、數(shù)據(jù)幀尾。接收端經(jīng)對數(shù)據(jù)包合法性鑒定后提取顏色數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)入控制臺驅(qū)動程序處理。

數(shù)據(jù)采集端信號加載過程：比如加載信號R:0x56G:0x75,B0x89；

數(shù)據(jù)包結(jié)構(gòu)：幀頭設(shè)置為:0xfe，幀尾為:0x3f；

紅色分量、綠色分量、藍(lán)色分量拆分為：0x25、0x26；0x27、0x25、0x28、0x29；

數(shù)據(jù)校驗位：校驗位Q:RH、RL、GH、GL、BH、BL異或運算結(jié)果；

數(shù)據(jù)接收終端：首先根據(jù)數(shù)據(jù)報文結(jié)構(gòu)判斷是非是一個完整的數(shù)據(jù)包，如果是則進(jìn)行下面操作，否則繼續(xù)搜索完整的數(shù)據(jù)包；檢查校驗位是否合法，如果合法則將將發(fā)送端拆分的紅色、綠色、藍(lán)色分量進(jìn)行逆變換運算。

4　基于HIS顏色分類算法

4.1數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換

HSI色彩空間是從人的視覺系統(tǒng)出發(fā)，用色調(diào)（Hue）、色飽和度（Saturation或Chroma）和亮度（Intensity或Brightness）來描述色彩。HSI色彩空間可以用一個圓錐空間模型來描述。用這種描述HIS色彩空間的圓錐模型相當(dāng)復(fù)雜，但確能把色調(diào)、亮度和飽和度的變化情形表現(xiàn)得很清楚。HSI色彩空間和RGB色彩空間只是同一物理量的不同表示法，因而它們之間存在著轉(zhuǎn)換關(guān)系。

將顏色RGB參數(shù)值向HIS模型轉(zhuǎn)換，獲取其色度、飽和度、亮度參數(shù)信息。

4.2顏色分類

顏色分類算法：建立色度及亮度特征與顏色影射關(guān)系如式（2）。

定義1.（顏色編號）須識別具體顏色包含：深紅色、黃赫色、黃色、黃綠色、綠色、青綠、青色、青藍(lán)色、藍(lán)色、紫色、品紅、黑色、白色，其對應(yīng)的編號為：

定義2：色度及亮度特征與顏色影射關(guān)系：

5實驗結(jié)果分析

采用HIS顏色識別可識別具體污水顏色，實驗結(jié)果如表1所示。

[1]侯昭武，包敬海，李尚平.智能化水顏色辨識系統(tǒng)的研究[J].儀表技術(shù)與傳感器,2010(07):102-104.

[2]劉維一.彩色編碼投影光柵三維輪廓術(shù)中分色問題的研究[J].光學(xué)學(xué)報,2001.21(04):454-458.

[3]徐曉昭,蔡軼珩,劉曉民等.改進(jìn)灰度世界顏色校正算法[J].光子學(xué)報,2010(03):559-564.

[4]高富強,李嶺,安康.基于RGB的顏色辨識系統(tǒng)設(shè)計[J].傳感器與微系統(tǒng),2012(10)：84-87.

吳曙光（1983—），男，江西余干人，碩士研究生，智能傳感與檢測技術(shù)研究。

2013年度廣東省高等職業(yè)教育教學(xué)改革項目編號：20130201089；廣東省江門市科技計劃項目（江科[2014]146號文）