一種紫外誘導(dǎo)熒光多光譜成像的海洋溢油油種識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種在環(huán)境領(lǐng)域內(nèi)使用的海洋溢油油種鑒別方法，具體的說(shuō)涉及一種通過(guò)紫外燈誘導(dǎo)熒光多光譜成像進(jìn)行油種識(shí)別的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，海洋溢油事故頻發(fā)，及時(shí)準(zhǔn)確的對(duì)溢油油種進(jìn)行分析和鑒別，確定責(zé)任歸屬，追查違法溢油源，對(duì)應(yīng)采取合適的應(yīng)急響應(yīng)，是一項(xiàng)復(fù)雜而具挑戰(zhàn)性的工作?，F(xiàn)行的溢油鑒別標(biāo)準(zhǔn)(GB/T 21247-2007)，多以相色譜/質(zhì)譜分析為代表的實(shí)驗(yàn)室化學(xué)鑒別手段為代表，雖然能夠?qū)τ头N精確解析，然而檢測(cè)速度慢，代價(jià)高。
[0003]近幾年來(lái)光譜分析成為溢油鑒別的新興手段，受到普遍關(guān)注。特別的，近紅外光譜(NIR)應(yīng)用廣泛油種類鑒別過(guò)程中，王麗等(光譜儀與光譜分析，2004.12)，利用近紅外光譜技術(shù)鑒別模擬海面溢油，對(duì)自行配制了 56個(gè)汽油、柴油、潤(rùn)滑油的模擬海水樣品，正確判別溢油類別。油品在紫外激發(fā)下具有熒光現(xiàn)象，王春艷等(分析測(cè)試學(xué)報(bào)，2014.3)，提出使用基于濃度參量同步熒光光譜技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室不同溢油類型及不同油源原油的準(zhǔn)確分類。然而本質(zhì)上上述文獻(xiàn)技術(shù)手段均不能做到現(xiàn)場(chǎng)、快速的原位探測(cè)，且設(shè)備笨重，儀器精密費(fèi)用高。海洋溢油往往是突發(fā)事件，通過(guò)遙感手段進(jìn)行海洋溢油的快速原位探測(cè)是快速響應(yīng)的重要組成部分。然而，傳統(tǒng)的遙感手段，如星載、機(jī)載SAR等，只能探測(cè)溢油面積，不能區(qū)分各個(gè)油種，且受環(huán)境影響較大。
[0004]本發(fā)明提供了一種通過(guò)一種簡(jiǎn)易的裝置實(shí)現(xiàn)油種識(shí)別的方法，可以實(shí)現(xiàn)溢油油種的快速鑒別。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題就是提供一種基于紫外誘導(dǎo)熒光多光譜成像的海洋溢油油種識(shí)別方法。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種基于紫外誘導(dǎo)熒光多光譜成像的海洋溢油油種識(shí)別方法，該方法步驟如下:
[0008]1.本方法的測(cè)試裝置:本發(fā)明所使用的實(shí)驗(yàn)裝置包括一個(gè)燈箱，燈箱內(nèi)安裝3種波長(zhǎng)的紫外燈管，中心波長(zhǎng)分別為254、302、365nm，其中254nm和365nm波長(zhǎng)的紫外燈在燈箱上方，302裝在燈箱的底部，每種波長(zhǎng)分別為2只15W的紫外燈管，(當(dāng)然也可放置多只不同瓦數(shù)的燈管)，燈管前方分別放置相應(yīng)波長(zhǎng)的濾波片，其中302nm的濾波片上方放置石英玻璃皿，內(nèi)部放置待測(cè)的溢油樣品。相機(jī)安裝在燈箱的上方中間，在相機(jī)前加裝一個(gè)8個(gè)濾波器的轉(zhuǎn)輪，安放8個(gè)波長(zhǎng)的窄帶濾波片，波長(zhǎng)分別為365、404、410、420、435、450、546、577nm。相機(jī)和計(jì)算機(jī)通過(guò)USB連接，可將拍攝的圖像實(shí)時(shí)傳輸給計(jì)算機(jī)處理。
[0009]2.圖像采集:圖像采集包括兩個(gè)部分，訓(xùn)練集圖像采集，準(zhǔn)備多種樣(如準(zhǔn)備I汽油、2柴油、3煤油、4機(jī)油、5原油、6植物油六種類)分別放在圓形玻璃皿中，每個(gè)品種50個(gè)樣，分別在254反射、302透射、365反射光光源下，轉(zhuǎn)動(dòng)濾波器轉(zhuǎn)輪在577-365共8種濾波片下，每個(gè)樣品拍攝兩張照片；拍攝后，對(duì)圖像進(jìn)行編號(hào)(如5機(jī)油，光源254nm，濾波片577nm，第I張，編號(hào)為5-254-577-1.jpg)，共采集樣品照片為1140副(6個(gè)油種*3個(gè)波長(zhǎng)光源*8種濾波片*2副*50個(gè)樣)，將圖像保存。
[0010]3.圖像預(yù)處理:預(yù)處理主要是對(duì)油樣的有效光斑信息進(jìn)行提取，I)由于圖像采集的像素比較大，為3000*4000 = 12000像素，而油樣主要分布在中間位置，所以優(yōu)先將圖像進(jìn)行裁剪中間1500*1500像素，這樣圖像壓縮為原來(lái)的四分之一 ；2)對(duì)比度拉增強(qiáng)、取自適應(yīng)閾值，二值化圖像，并進(jìn)行孔洞填充和開閉運(yùn)算；3)圖像聯(lián)通區(qū)標(biāo)記后，如果能提取出大于10000像素點(diǎn)的聯(lián)通區(qū)，則提取最大聯(lián)通區(qū)外接矩形四個(gè)角坐標(biāo)，并以此為四個(gè)點(diǎn)將子圖像摳出來(lái)。如果不能提取，則什么也不做；4)將圖像拉伸到800*800，5)圖像預(yù)處理的結(jié)果是將圖像光斑外界矩形圖像提取出來(lái)，大小為800*800像素，然而該光斑圖像包括了背景、玻璃皿等信息，應(yīng)去除，所以首先取略小于光斑圓的內(nèi)接矩形為信息區(qū)500*500 ；6)將光斑圖像按照原圖像的名字存儲(chǔ)。
[0011]4.圖像特征提取:由于每個(gè)油樣重復(fù)了兩次拍攝，所以每個(gè)品種50個(gè)油樣可以得到100副子圖像，分別求50個(gè)樣本的24個(gè)狀態(tài)下(3種光源，8個(gè)濾波片)的RGB、HSV6個(gè)分量的均值特征。由此得到6個(gè)油種，每個(gè)油種50個(gè)樣本，每個(gè)樣本24個(gè)狀態(tài)的，每個(gè)狀態(tài)6個(gè)顏色均值特征的特征矩陣Data，保存到Excel表格中，以備后面識(shí)別使用。
[0012]5.圖像特征優(yōu)化:在進(jìn)行識(shí)別，首先需要對(duì)數(shù)據(jù)Data進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化(中心化和白化)，然后進(jìn)行PCA變換，按照主分分量的貢獻(xiàn)率進(jìn)行排序，得到按照特征映射features，在使用K-1CA之間隨機(jī)生成初始混合矩陣W，得到混合向量X = features*W ;使用K-1CA求得解混合矩陣Wcca，求得sestimate = Wcca^features'，然后使用支持向量機(jī)進(jìn)行分類。
[0013]6.圖像識(shí)別:圖像識(shí)別方法采用支持向量機(jī)模型，選用的核函數(shù)是徑向基RBF核函數(shù)，其中的兩個(gè)參數(shù)C和ga_a可由系統(tǒng)網(wǎng)格法尋優(yōu)給出給出。通過(guò)上述過(guò)程得到訓(xùn)練模型。對(duì)于待測(cè)樣品(如某違法溢油源)重復(fù)上述1-5的過(guò)程，對(duì)圖像采集、預(yù)處理、特征提取與優(yōu)化，得到測(cè)試數(shù)據(jù)，將測(cè)試數(shù)據(jù)輸入訓(xùn)練模型得到該油的油種標(biāo)簽。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
[0015]本發(fā)明所公開的一種基于紫外誘導(dǎo)熒光多光譜成像的海洋溢油油種識(shí)別方法，通過(guò)三個(gè)波長(zhǎng)的紫外燈對(duì)溢油樣品進(jìn)行照射，分別在8個(gè)窄帶濾波片下采集圖像，通過(guò)對(duì)圖像進(jìn)行特征提取、優(yōu)化和識(shí)別，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了溢油種類的識(shí)別。該方法所使用的裝置簡(jiǎn)單、造價(jià)低，檢測(cè)速度快，量化檢測(cè)客觀、科學(xué)，應(yīng)用于溢油應(yīng)急檢測(cè)，提高了生產(chǎn)效率。
【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是本發(fā)明的紫外誘導(dǎo)熒光多光譜圖像采集裝置圖。
[0017]圖2是本發(fā)明的海洋溢油油種識(shí)別方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0019]實(shí)施例，請(qǐng)參照?qǐng)D1和圖2，圖1示意性的示出了本發(fā)明所公開的紫外誘導(dǎo)熒光多光譜圖像采集裝置圖，圖2示意性的示出了本發(fā)明所公開的海洋溢油油種識(shí)別方法流程圖。
[0020]結(jié)合圖1，本實(shí)施例說(shuō)明本方法的紫外誘導(dǎo)熒光多光譜圖像采集裝置，本裝置包括一個(gè)I燈箱，燈箱內(nèi)安裝3種波長(zhǎng)的紫外燈管2、6、10，中心波長(zhǎng)分別為254nm、302、365nm，其中254nm和365nm波長(zhǎng)的紫外燈2、10裝在燈箱上方，302nm的紫外燈6裝在燈箱的底部，每種波長(zhǎng)分別為2只15W的紫外燈管，(當(dāng)然也可放置多只不同瓦數(shù)的燈管)，燈管前方分別放置相應(yīng)波長(zhǎng)的濾波片3、7、9，其中302nm的濾波片上方放置5石英玻璃皿，內(nèi)部放置待測(cè)的溢油樣品。相機(jī)4安