一種基于鏡頭藍(lán)色光波分析的空氣質(zhì)量等級判別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于鏡頭藍(lán)色光波分析的空氣質(zhì)量等級判別方法，屬于空氣質(zhì)量 等級判斷領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來空氣污染越來越嚴(yán)重，影響人體健康。人們需要像天氣預(yù)報一樣獲知空氣 污染程度，W便出口時采取必要的防護(hù)措施。而目前對于空氣質(zhì)量的狀況(一般為PM2.5污 染)一般由政府機(jī)構(gòu)等專業(yè)部口發(fā)布，普通人難W實時獲知判斷空氣污染的程度，難W評判 空氣質(zhì)量等級，也就無法方便地根據(jù)不同空氣質(zhì)量等級采取對應(yīng)的防護(hù)措施。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在提供一種基于鏡頭藍(lán)色光波分析的空氣質(zhì)量等級判別方法，W比較準(zhǔn) 確方便地對空氣質(zhì)量進(jìn)行等級判別顯示，使得普通人可實時獲知空氣污染程度，評判空氣 質(zhì)量等級，便于根據(jù)不同空氣質(zhì)量等級采取對應(yīng)的防護(hù)措施。
[0004]本發(fā)明提供的一種基于鏡頭藍(lán)色光波分析的空氣質(zhì)量等級判別方法，包括W下步 驟： 通過拍攝裝置拍攝天空獲取天空圖像； 通過分析計算裝置接收所述拍攝裝置拍攝輸出的天空圖像，基于HSB顏色模式計算所 述天空圖像的平均藍(lán)色飽和度；所述分析計算裝置為主機(jī)板，包括部件有CPU、RAM、R0M、 GPU； 根據(jù)預(yù)先建立的平均藍(lán)色飽和度和空氣質(zhì)量指數(shù)AQI的對應(yīng)關(guān)系，計算當(dāng)前空氣質(zhì)量 指數(shù)AQI的數(shù)值進(jìn)而得到空氣質(zhì)量等級； 通過顯示裝置顯示當(dāng)前的空氣質(zhì)量等級和/或空氣質(zhì)量指數(shù)AQI。
[000引上述判別方法中，所述預(yù)先建立的平均藍(lán)色飽和度和空氣質(zhì)量指數(shù)AQI的對應(yīng)關(guān) 系具體為： AQI=131.839-1.345*S，其中，AQI為空氣質(zhì)量指數(shù)，S為平均藍(lán)色飽和度。
[0006]上述關(guān)系式是由大量的實測數(shù)據(jù)擬合而成，擬合軟件為SPSS,用最小二乘法擬合 線性回歸模型。平均藍(lán)色飽和度S數(shù)據(jù)來源于圖像拍攝和計算，空氣質(zhì)量指數(shù)AQI數(shù)據(jù)來源 于環(huán)保局監(jiān)測數(shù)值。
[0007]空氣質(zhì)量指數(shù)AQI越小，空氣質(zhì)量越好。
[000引上述判別方法中，所述平均藍(lán)色飽和度S的數(shù)值范圍為0-98。
[0009] 進(jìn)一步地，所述平均藍(lán)色飽和度S的數(shù)值范圍0-98分為兩個數(shù)值區(qū)間，每個區(qū)間對 應(yīng)不同的空氣質(zhì)量指數(shù):0~23為污染;24~98為不污染。
[0010] 更進(jìn)一步地，所述平均藍(lán)色飽和度S的數(shù)值范圍0-98分為Ξ個數(shù)值區(qū)間：0~23代表 空氣質(zhì)量為污染;24~60代表空氣質(zhì)量為良好;6^98代表空氣質(zhì)量為優(yōu)秀。
[0011] 上述判別方法中，所述的基于HSB顏色模式計算所述天空圖像中的平均藍(lán)色飽和 度，具體為:將所述天空圖像進(jìn)行九宮格處理，取九宮格中的中間圖像的四個端點的hsb值 (該值是通過化Otoshop滴管工具拾取顏色后可查詢獲得），根據(jù)四個端點的服B值計算所述 服B值中S值的平均值，即為平均藍(lán)色飽和度;其中所述四個端點的HSB值滿足W下條件:HSB 值中Η的取值范圍為200~250。
[0012] 上述判別方法中，所述顯示裝置為LCD或L邸顯示器。
[0013]上述判別方法中，所述拍攝裝置為攝像頭，要求攝像頭的像素含30萬像素(640X 480像素）。
[0014]本發(fā)明的有益效果： 本發(fā)明根據(jù)藍(lán)色強(qiáng)度值和空氣質(zhì)量指數(shù)AQI的對應(yīng)關(guān)系，計算當(dāng)前空氣質(zhì)量指數(shù)AQI的 數(shù)值，然后根據(jù)空氣質(zhì)量指數(shù)AQI可獲得當(dāng)前空氣質(zhì)量等級，由于采用預(yù)先建立的平均藍(lán)色 飽和度和空氣質(zhì)量指數(shù)AQI的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行計算判斷，全過程自動計算，能夠準(zhǔn)確方便地對 空氣質(zhì)量進(jìn)行等級判別顯示，使得普通人可實時獲知判斷空氣污染的程度，評判空氣質(zhì)量 等級，便于根據(jù)不同空氣質(zhì)量等級采取對應(yīng)的防護(hù)措施。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明空氣質(zhì)量等級判別方法流程示意圖。
【具體實施方式】
[0016]下面通過實施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但不局限于W下實施例。
[0017]首先，對本發(fā)明中用到的理論基礎(chǔ)作出說明，即大氣散射原理及其光學(xué)效應(yīng)原理。 大氣散射是指太陽福射入射大氣遇到空氣分子、塵埃、云滴等質(zhì)點時，粒子W和入射波相同 的頻率，按一定規(guī)律重新向四周福射電磁波的現(xiàn)象。按照散射質(zhì)點粒徑與太陽波長的大小 關(guān)系不同，散射分為分子散射(又稱蕾利散射)和粗粒散射(又稱漫射）。兩類散射的形成、質(zhì) 點類型、特點及光學(xué)效應(yīng)見表1所示，其中d為散射質(zhì)點直徑，r為太陽福射光波長。
[001引表1
表1中所示的兩類散射的特點決定了它們所產(chǎn)生的光學(xué)效應(yīng)。當(dāng)發(fā)生分子散射時，散射 質(zhì)點（空氣分子)的波長小于太陽福射波長。由于空氣分子的散射強(qiáng)度與波長的四次方成反 比，也即入射光波長愈小，其被散射程度愈大。在可見光光譜(380nm--760nm)范圍內(nèi)，藍(lán) 紫光的波長較小，其散射程度較大，而紅澄光波長較大，故很少被散射，幾乎全部通過。故 而，在晴天大氣中散射質(zhì)點主要為空氣分子，分子散射強(qiáng)烈，天空呈藍(lán)色。而日出、日落時， 由于太陽光穿過厚的大氣層，大部分藍(lán)紫光被散射掉，紅澄光則相對保留，所W天空呈現(xiàn) 紅、澄色。而當(dāng)空氣中所含粗粒(如塵埃、云滴、雨滴、霧粒、煙粒等)較多時則發(fā)生粗粒散射。 太陽光無論波長大小全部被無選擇地散射，使得屯色可見光又重新組合，使天空呈現(xiàn)出白 色。在陰天(水汽分子、云滴、雨滴較多），嚴(yán)重污染的工業(yè)區(qū)（霧、塵埃較多），天空總是呈白 色或含有雜質(zhì)的灰白色。
[0019]基于W上理論基礎(chǔ)，本發(fā)明建立天空藍(lán)色強(qiáng)度值和空氣質(zhì)量指數(shù)的模型對應(yīng)關(guān) 系，W此為基礎(chǔ)來進(jìn)行空氣質(zhì)量評級判斷，能夠比較準(zhǔn)確方便地對空氣質(zhì)量進(jìn)行等級判別 顯示，進(jìn)而使得普通人可實時獲知判斷空氣污染的程度，評判空氣質(zhì)量等級，方便地根據(jù)不 同空氣質(zhì)量等級采取對應(yīng)的防護(hù)措施。下面結(jié)合附圖具體說明本發(fā)明。
[0020] 如圖1所示，為本發(fā)明實施例示出的基于鏡頭藍(lán)色光波分析的空氣質(zhì)量等級判別 方法流程圖，基于鏡頭藍(lán)色光波分析的空氣質(zhì)量等級判別裝置包括拍攝裝置、分析計算裝 置和顯示裝置。該方法具體包括W下步驟： 5101、 通過拍攝裝置拍攝天空獲取天空圖像； 5102、 通過分析計算裝置接收所述拍攝裝置拍攝輸出的天空圖像，計算所述天空圖像 中RGB中的藍(lán)色平均強(qiáng)度值； 5103、 通過分析計算裝置根據(jù)預(yù)先建立的藍(lán)色強(qiáng)度值和空氣質(zhì)量指數(shù)AQI的對應(yīng)關(guān)系， 計算當(dāng)前空氣質(zhì)量指數(shù)AQI的數(shù)值進(jìn)而得到空氣質(zhì)量等級； 5104、 通過顯示裝置顯示當(dāng)前的空氣質(zhì)量等級和/或空氣質(zhì)量指數(shù)AQI。
[0021] 本發(fā)明通過拍攝天空獲取天空圖像，基于HSB顏色模式計算所述天空圖像的平均 藍(lán)色飽和度，再根據(jù)預(yù)先建立的平均藍(lán)色飽和度和空氣質(zhì)量指數(shù)AQI的對應(yīng)關(guān)系，計算當(dāng)前 空氣質(zhì)量指數(shù)AQI的數(shù)值進(jìn)而得到空氣質(zhì)量等級，然后顯示當(dāng)前的空氣質(zhì)量等級和/或空氣 質(zhì)量指數(shù)AQI。空氣質(zhì)量指數(shù)AQI越小，空氣質(zhì)量越好。根據(jù)平均藍(lán)色飽和度和空氣質(zhì)量指數(shù) AQI的對應(yīng)關(guān)系，計算當(dāng)前空氣質(zhì)量指數(shù)AQI的數(shù)值，然后根據(jù)空氣質(zhì)量指數(shù)AQI可獲得當(dāng)前 空氣質(zhì)量等級，由于采用預(yù)先建立的平均藍(lán)色飽和度和空氣質(zhì)量指數(shù)AQI的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行 計算判斷，全過程自動計算，能夠準(zhǔn)確方便地對空氣質(zhì)量進(jìn)行等級判別并顯示，使得普通人 可實時獲知判斷空氣污染的程度，評判空氣質(zhì)量等級，方便地根據(jù)不同空氣質(zhì)量等級采取 對應(yīng)的防護(hù)措施。
[0022] 具體地，所述顯示裝置為LCD或Lm)顯示器，與所述分析計算裝置連接。所述拍攝裝 置為攝像頭，所述攝像頭與所述分析計算裝置(如微處理器、微控制器或者其他CPLD、FPGA 等可編程邏輯器件)連接。該裝置包括背板和面板，所述攝像頭設(shè)置在背板上，所述顯示器 設(shè)置在面板上，所述分析計算裝置設(shè)置在殼體內(nèi)。分析計算裝置可控制攝像頭進(jìn)行拍攝，并 根據(jù)攝像頭拍攝的天空圖像，基于HSB顏色模式計算所述天空圖像的平均藍(lán)色飽和度，再根 據(jù)預(yù)先建立的平均藍(lán)色飽和度和空氣質(zhì)量指數(shù)AQI的對應(yīng)關(guān)系，計算當(dāng)前空氣質(zhì)量指數(shù)AQI 的數(shù)值進(jìn)而得到空氣質(zhì)量等級。顯示裝置可W是觸摸屏顯示器，可W接收用戶輸入的操作 指令從而觸發(fā)控制攝像頭拍照。運(yùn)樣使得該裝置可像手機(jī)一樣操作，易用性好，簡單方便易 攜帶。
[0023]其中，所述預(yù)先建立的平均藍(lán)色飽和度和空氣質(zhì)量指數(shù)AQI的對應(yīng)關(guān)系（即關(guān)系模 型)具體為:AQI=131.839-1.345*S，其中，AQI為空氣質(zhì)量指數(shù)，S為平均藍(lán)色飽和度。該對 應(yīng)關(guān)系即關(guān)系模型通過大量觀測數(shù)據(jù)擬合計算得到，下面對該關(guān)系模型作出具體說明。
[0024] W上模型檢驗的相關(guān)結(jié)果如下：R為-0.810(sig=0.000)，R2為0.655，F(xiàn)檢驗值為 57.080(sig=0.000)，常數(shù)項131.827和系數(shù)-1.344對應(yīng)的t檢驗值分別為32.115(