一种化学滴定终点自动识别方法及系统与流程

本发明涉及化学滴定分析，尤其涉及一种化学滴定终点自动识别方法及系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、滴定分析是化学实验室中最基础且应用最广泛的定量分析方法之一。其原理是通过滴加已知浓度的标准溶液（滴定剂）至被测溶液中，直至化学反应达到等当点，此时，借助指示剂的颜色突变来判定滴定终点，进而计算被测物质的浓度或含量。

3、传统滴定分析完全依赖实验人员肉眼观察指示剂的颜色变化来判定终点，导致分析结果的人为误差大，实验室间与实验室内的数据可比性低。现有技术公开了基于机器视觉或颜色传感器的自动滴定终点识别方案，这些方案普遍采用单一的颜色突变检测或固定阈值判断策略，即通过检测颜色信号的一阶/二阶微分极值点或比较色差是否低于某一预设阈值来一次性判定终点。然而，半滴加入后，由于滴定剂局部浓度过高或冲洗瓶壁的稀释作用，溶液颜色可能在瞬间达到或越过终点色，但经搅拌后又会返回到非终点状态，形成“假终点”。现有方案由于缺乏对这种瞬时波动与真正稳定终点进行区分的机制，极易将此类短时扰动误判为终点，导致滴定剂过量或分析结果偏离标准操作规范。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出了一种化学滴定终点自动识别方法及系统，使用可配置权重的色差公式，计算实时颜色与目标标准颜色之间的差异，在半滴操作阶段，通过多维度稳定性验证算法，有效区分半滴操作引起的瞬时颜色波动（假终点）与反应达到平衡后的真正稳定终点，从根本上解决假终点误判的难题。

2、在一些实施方式中，采用如下技术方案：

3、一种化学滴定终点自动识别方法，包括：

4、实时获取包含目标滴定容器的原始视频图像数据并进行预处理，确定图像中分析区域的主体基准色；

5、计算分析区域内每一个像素的复合权重并进行归一化，得到标准化权重图；其中，所述复合权重由颜色相似性权重和梯度平滑性权重通过乘法融合得到；

6、基于所述标准化权重图对分析区域内每一个像素的原始rgb信号进行加权求和，得到表征溶液即时反应状态的高保真代表性颜色；将所述代表性颜色从rgb空间转换至cielab颜色空间；

7、在cie lab颜色空间内，计算实时颜色与目标标准颜色的色差值，构建色差时间序列；基于色差变化率确定切换至半滴定状态的时间；

8、在半滴定状态时，结合色差阈值、色差稳定性和颜色方向性，确定最终的滴定终点。

9、作为进一步的方案，确定图像中分析区域的主体基准色，具体为：

10、计算分析区域内所有像素的初始中位颜色向量作为基准色的初始估计；

11、在第

t次迭代中，计算分析区域内每个像素的颜色与当前基准色的欧氏距离，筛选所述欧氏距离小于设定距离阈值的像素作为内点集合，计算内点集合的颜色均值向量，作为下一次迭代的新基准色；

12、重复迭代过程，直至相邻两次基准色的差值达到预设条件或达到最大迭代次数，得到主体基准色。

13、作为进一步的方案，计算分析区域内每一个像素的复合权重，具体为：

14、；

15、其中，为像素的复合权重，为颜色相似性权重，为梯度平滑性权重。

16、作为进一步的方案，所述颜色相似性权重具体为：

17、；

18、所述梯度平滑性权重具体为：

19、；

20、其中，为像素颜色，为主体基准色，表示像素颜色与主体基准色的欧氏距离，为像素的颜色梯度幅值，为控制距离敏感度的参数，为控制梯度敏感度的参数。

21、作为进一步的方案，计算实时颜色与目标标准颜色的色差值，具体为：

22、；

23、其中，为实时颜色与目标标准颜色的色差值，、、分别为实时颜色对应的lab分量，、、分别为目标标准颜色对应的lab分量，、、分别为l、a、b三个通道的权重系数。

24、作为进一步的方案，基于色差变化率确定切换至半滴定状态的时间，具体为：

25、实时颜色与目标标准颜色的色差值低于设定预警阈值，并且色差变化率持续大于预设的最小变化率阈值时，发出预备终点预警，提示操作者切换至半滴定状态。

26、作为进一步的方案，结合色差阈值、色差稳定性和颜色方向性，确定最终的滴定终点，具体为：

27、同时满足下述条件时，说明达到滴定终点：

28、条件一：实时颜色与目标标准颜色的色差值在连续的时间窗口内稳定保持在设定的阈值以下；

29、条件二：在所述时间窗口内，色差值的极差和标准差分别小于预设的最大阈值；

30、条件三：各实时颜色通道分量的均值与目标值的偏差在各通道独立阈值之内。

31、在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

32、一种化学滴定终点自动识别系统，包括：

33、图像获取与处理模块，被配置为用于实时获取包含目标滴定容器的原始视频图像数据并进行预处理，确定图像中分析区域的主体基准色；

34、标准化权重模块，被配置为用于计算分析区域内每一个像素的复合权重并进行归一化，得到标准化权重图；其中，所述复合权重由颜色相似性权重和梯度平滑性权重通过乘法融合得到；

35、颜色空间转换模块，被配置为用于基于所述标准化权重图对分析区域内每一个像素的原始rgb信号进行加权求和，得到表征溶液即时反应状态的高保真代表性颜色；将所述代表性颜色从rgb空间转换至cie lab颜色空间；

36、半滴终点判定模块，被配置为用于在cie lab颜色空间内，计算实时颜色与目标标准颜色的色差值，构建色差时间序列；基于色差变化率确定切换至半滴定状态的时间；在半滴定状态时，结合色差阈值、色差稳定性和颜色方向性，确定最终的滴定终点。

37、在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

38、一种终端设备，其包括处理器和存储器，处理器用于实现指令；存储器用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的化学滴定终点自动识别方法。

39、在另一些实施方式中，采用如下技术方案：

40、一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的化学滴定终点自动识别方法。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

42、本发明通过融合局部颜色相似性权重与梯度平滑性权重，构建复合自适应权重图；该算法能够智能识别并主动抑制颜色偏离主体、边缘梯度剧烈的像素（即气泡、杂质及液面弯月面），赋予真正代表溶液主体、颜色连续平滑的像素以高权重；区别于通用的图像滤波，该方法针对滴定过程中因搅拌、化学反应本身产生的特定动态物理干扰提供了解决方案，实现了对主体溶液颜色的高保真提取。

43、本发明通过基于时间窗口的多维度稳定性复合判据，结合色差阈值、色差稳定性和颜色方向性，综合确定最终的滴定终点，确保只有在溶液真正达到稳定平衡状态时才确认终点，极大提升了滴定终点的判定精度和可靠性；有效克服了现有技术中单一阈值法易将半滴操作后的瞬时颜色波动误判为终点的核心缺陷。

44、本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。