2.2.3 實驗步驟及前期分析

第一組實驗中，將已經配好不同濃度的高錳酸鉀溶液500mL逐一置于桌上拍照。由于對較小的RGB值得到的數字圖像的噪點會相對增加，要克服這點可以使照片輕微過度曝光，所以在這里將相機的參數設為f2.8、ISO50。對每組樣品以快門1/20s和1/25s連拍兩張，將所得JPEG格式照片導入計算機。由于外部光源色溫的變化會導致采集的數字圖像的色彩改變，為了保證數字圖像色彩的準確性，需要對每一張照片進行色溫調節。利用照片中的Kodak標準灰度卡作為整幅圖像的平坦圖像（Flat-field Image）［F（x,y）］，目前常用的校正方法主要有兩種，一種是Aeby等提出的直接用平坦圖像的RGB色彩空間來修正［151］。

式中 I（x,y）——需要進行校正的圖像；

I_F（x,y）——經過修正后的圖像；

F——平坦圖像的平均值。

另外一種校正方法是Forrer提出的，先將圖像從RGB色彩空間轉化為HSV(Hue，Saturation，Value)空間，然后保持H和S不變，只修正其中V的值［150］：

式中 V（x,y）——需要進行校正的圖像；

V_F（x,y）——經過修正后的圖像；

FV（x,y）——平坦圖像的V值；

FV——平坦圖像的平均V值。

校正之后再將圖像從HSV轉化為RGB空間。本書中所有的圖像光源色溫修正均采用第一種方法。溶液濃度從0.25g/L逐漸遞減到0.08g/L，顏色逐漸由紫黑色變成淡粉紅色，經修正后的圖像用在計算機里讀出任意5點處的R、G、B值并取其平均值，作出濃度和R、G、B的散點圖(圖2.2)，從圖中可以看出，R、G、B三原色的值隨濃度的增加而減小，并無限趨向于0，經3次多項式曲線擬合，相關系數見表2.1。

從表2.1中可以看出，R、G、B三種顏色的值和曲線的擬合程度都非常高。上述實驗結果表明高錳酸鉀溶液的濃度和其R、G、B值之間具有顯著的相關性。另外，從本組實驗中也得出一些經驗，由于光源的照射強度有限，用直徑較大的燒杯盛放溶液將會導致透光度下降較快，從而對稍高濃度溶液的色彩辨別能力降低，限制了該方法的使用范圍。所以第一組實驗中濃度為0.25g/L的溶液顏色已經接近于黑色，如再加大濃度，R、G、B值的變化將很小，得出的曲線也將過于平緩并無限趨向于0。基于以上結論，進行了第二組實驗。

第二組實驗中，將要測定用高錳酸鉀溶液染色后的標準砂(GB 178—77)顏色和高錳酸鉀溶液濃度之間的關系。本實驗在容器選擇中不再選擇直徑相對較大的燒杯，而改用一個長10cm、寬1.5cm、高3cm的長條形透明有機玻璃容器。先在容器里均勻地鋪上一層厚約1.5cm的砂層，注入溶液時將容器稍微傾斜，將溶液從稍高那頭緩慢注入以便充分排出砂層中的空氣，使砂和溶液充分混合，待砂層飽和后，將容器置于桌面進行拍攝。

“每個像素點的顏色不僅僅取決于溶液的濃度，同時也取決于砂子的表面特征。即使相同濃度的溶液在不同的背景下所表現出的顏色也不一樣。孔隙度、砂子質地等都是影響該背景的因素，需要用數字手段將其濾去”［148］。也就是說取像素點的R、G、B值時，有可能該取樣點落在砂粒面上，也有可能該點落在砂粒之間的孔隙中，這就會導致像素點R、G、B取值時發生數據大幅度跳動，所以要用圖像處理的辦法將這種不良影響降低。