?????? 通過求特征矩陣兩兩間距可以看出各氣體間的差別較大，可以用該方法對易揮發(fā)有機氣體進行識別?？蛇x最小的兩兩間距23.323的1／2為閾值，用于判斷辨別的氣體是否有效。各個氣體的特征矩陣見表1。

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　　2.3? 算法設計

　　首先，進行圖像的采集和預處理。圖像采集包括敏感陣列通氣前和通氣后兩幅圖像的采集和保存；圖像的預處理包括通氣后的圖像與通氣前圖像的做差求出敏感陣列對氣體的顏色變化圖像和對顏色變化圖像的去噪。

　　然后，提取圖像信息。這一部分可分為兩步：第一，提取圖像顏色塊的的位置信息，即通過檢測圖像中圓的方法求出圖像所含圓形顏色塊圓心的坐標；第二，獲得相應位置上的顏色信息，即求出以相應圓心為中心、邊長為15個像素大小的小正方形中像素的平均R，G，B值，得到待測氣體的特征矩陣。

　　對于第一步，在檢測圓之前應該先把RGB圖像灰度化，二值化，然后再進行邊緣檢測，最后利用Hough變換就可求出圖像中所含圓形圓心。

　　檢測圓一般用到的算法是Hough變換，Hough變換是Paul Hough在1962年提出的一種圖像邊緣檢測技術(shù)，它可以檢測圖像空間中的任意解析曲線，并具有對局部缺損不敏感、對隨機噪聲的魯棒性以及適于并行處理等優(yōu)良特性，所以這里選用Hough變換進行圓的檢測。Hough變換的基本原理在于利用點與線的對偶性，將原始圖像空間的給定的曲線通過曲線表達形式變?yōu)閰?shù)空間的一個點。這樣就把原始圖像中給定曲線的檢測問題轉(zhuǎn)化為尋找參數(shù)空間中的峰值問題，也即把檢測整體特性轉(zhuǎn)化為檢測局部特性。例如圖像空間中的在同一個圓，直線，橢圓上的點，每一個點都對應了參數(shù)空間中的一個圖形，在圖像空間中這些點都滿足它們的方程這一個條件，所以這些點，每個投影后得到的圖像都會經(jīng)過這個參數(shù)空間中的點。也就是在參數(shù)空間中它們會相交于一點。所以，如果參數(shù)空間中的這個相交點的累加值越大，那么說明原圖像空間中滿足這個參數(shù)的圖形越飽滿，越像要檢測的東西。算法的基本思想如下：通過參數(shù)空間的選擇，Hough變換可以檢測任意的已知表達形式的曲線，而參數(shù)空間的選擇可以根據(jù)曲線的表達式確定。所以當檢測某一已知半徑的圓的時候，可以選擇與原圖像空間同樣的空間作為參數(shù)空間。那么原圖像空間中的一個圓對應了參數(shù)空間中的一個點，參數(shù)空間中的一個點對應了圖像空間中的一個圓，原圖像空間中在同一個圓上的點，它們的參數(shù)相同，即圓心(x，y)相同，那么它們在參數(shù)空間中的對應的圓就會過同一個點(x，y)，所以，將原圖像空間中的所有點變換到參數(shù)空間后，根據(jù)參數(shù)空間中點的*程度就可以判斷出圖像空間中有沒有近似于圓的圖形。如果有，這個參數(shù)就是圓的參數(shù)，繼而找到了圓的圓心坐標。對于圓的半徑未知的情況下，可以看作是有3個參數(shù)的圓的檢測，圓心和半徑。這個時候原理仍然相同，只是參數(shù)空間的維數(shù)升高，計算量增大。圖像空間中的任意一個點都對應了參數(shù)空間中的一簇圓曲線，其實是一個圓錐型。參數(shù)空間中的任意一個點對應了圖像空間中的一個圓。

　　這里，考慮到實際需檢測圓的半徑變化不是很大，可以假定圓的半徑在一定數(shù)值范圍，以這個范圍做個循環(huán)來進行已知半徑的圓的檢測，從而減小運算量，提高系統(tǒng)的識別效率。如圖2，圖3所示。

　　最后，計算距離，得出結(jié)論。將待測氣體的特征矩陣分別與數(shù)據(jù)庫中各氣體的特征矩陣用式(1)求距離，并記錄下最小距離和對應的氣體，此時即可認定記錄下的氣體和待測氣體最為接近。若該最小距離小于閾值，則可判定待測氣體即為記錄下的氣體；否則，可判斷待測氣體于數(shù)據(jù)庫中不存在。

　　2.4? 傳感系統(tǒng)的完成及功能測試

　　為了能最終完成氣體的檢測識別，并且使系統(tǒng)方便攜帶，降低成本，后端的圖像采集，圖像處理和算法的運行都應在嵌入式系統(tǒng)上進行。考慮到相應的計算量和圖像采集功能，可以選擇基于ARM9架構(gòu)的S3C2440嵌入式平臺，顯示設備選用6寸的LCD液晶顯示器，攝像頭選用OV9600。選好平臺后，可用EVC+-軟件編寫程序和應用界面，把數(shù)據(jù)庫和算法寫入程序，最后把程序移植到嵌入式系統(tǒng)中即可進行氣體的識別。

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　　完成后的傳感器可以方便地對易揮發(fā)有機氣體進行檢測，如圖4所示。在攝像頭前面適當距離固定氣敏陣列以便采集圖像，它們組成傳感器的前端氣體探測部分，并且攝像頭通過數(shù)據(jù)線接入后端的圖像識別系統(tǒng)。圖像識別系統(tǒng)由基于ARM的嵌入式系統(tǒng)加上外圍的觸控液晶顯示屏組成。測試氣體時，首先用觸控顯示屏打開氣體識別程序，按圖5提示操作，點擊“grab”按鈕在當前環(huán)境用攝像頭給氣敏陣列拍照，然后把探測部分放入氣體環(huán)境，待15 min氣敏陣列穩(wěn)定后，點擊calcu-late按鈕，程序會自動拍照記錄下此時的顏色陣列并按設定算法計算出待測氣體。

3? 結(jié)? 語

　　這里主要研究了敏感薄膜對各種氣體的顏色響應和對敏感陣列響應圖像的識別算法，從而完成了氣敏傳感器系統(tǒng)。通過實驗證明，該系統(tǒng)能有效識別14種易揮發(fā)有機氣體。如果能夠使敏感薄膜的制作更加精確，用更好的圖像采集設備并營造專用的圖像采集環(huán)境，氣體的識別應該不僅可以定性，還可以定量，甚至定量的分析混合氣體。