基于HIS模型的污水顏色識別處理

吳曙光,鄔亞平（江門職業技術學院,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
（江門職業技術學院,廣東江門529090）

污水顏色分量由紅、綠、藍色三分量，常用的識別算法難于準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。實驗結果表明,改進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、識別準確度高等優點。

顏色分量；識別；HIS

1　引言

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

2　總體設計

信號處理模塊包括信號預處理、信號傳輸、顏色識別、信號傳輸三部分組成。

信號預處理：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，實現現場顏色采集、識別等功能。LPC1766芯片使用高性能的ARMCortex-M332位的RISC內核，工作頻率為100MHz。它內置高速存儲器(高達512K字節的閃存和64K字節的SRAM)，豐富的增強I/O端口和聯接到兩條APB總線的外設。

信號傳輸：利用無線傳感器網絡將污水顏色RGB三分量傳遞到中央控制終端。

顏色識別：將顏色分類進行分類，減少數據匹配計算量。

3　信號傳輸

2.4G模塊JF24C的傳輸速率可達到1Mbps,并具有前向糾錯(ForwardErrorCorrection)、快速跳頻(fasthopping)、循環冗余校驗(CRC)等功能，可在擁擠的ISMband中達到穩定可靠的數據傳輸。2.4G模塊JF24C整合了高頻鍵控（GFSK）收發電路的功能，以特小體積實現高速數據傳輸的功能。其中內含先進先出(FIFO)、緩沖器，減輕微控制器(microcontroller)在數據處理的負擔，實現低成本MCU完成高速數據傳輸的解決方案與射頻應用的方便性。

無線通信號傳輸協議：設定信號數據包結構：數據幀頭、數據位、校驗位、數據幀尾。接收端經對數據包合法性鑒定后提取顏色數據，并轉入控制臺驅動程序處理。

數據采集端信號加載過程：比如加載信號R:0x56G:0x75,B0x89；

數據包結構：幀頭設置為:0xfe，幀尾為:0x3f；

紅色分量、綠色分量、藍色分量拆分為：0x25、0x26；0x27、0x25、0x28、0x29；

數據校驗位：校驗位Q:RH、RL、GH、GL、BH、BL異或運算結果；

數據接收終端：首先根據數據報文結構判斷是非是一個完整的數據包，如果是則進行下面操作，否則繼續搜索完整的數據包；檢查校驗位是否合法，如果合法則將將發送端拆分的紅色、綠色、藍色分量進行逆變換運算。

4　基于HIS顏色分類算法

4.1數據格式轉換

HSI色彩空間是從人的視覺系統出發，用色調（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復雜，但確能把色調、亮度和飽和度的變化情形表現得很清楚。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換關系。

將顏色RGB參數值向HIS模型轉換，獲取其色度、飽和度、亮度參數信息。

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、青藍色、藍色、紫色、品紅、黑色、白色，其對應的編號為：

定義2：色度及亮度特征與顏色影射關系：

5實驗結果分析

采用HIS顏色識別可識別具體污水顏色，實驗結果如表1所示。

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

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

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

[4]高富強,李嶺,安康.基于RGB的顏色辨識系統設計[J].傳感器與微系統,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研究。

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