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大气颗粒物对人体健康及环境的危害越来越受到世界各国环境监测的重视,人们发现PM10可通过鼻腔或口腔被人体吸入,PM2.5可随人的呼吸沉积肺部甚至可以进入肺泡、血液,对人体的危害非常大。
为了监测大气PM2.5和PM10的质量浓度,我们课题组研制了双CPU控制的六工位自循环双通道大气颗粒物监测的仪器。仪器的性能鉴定要与Andersen240型双通道采样器对PM10和PM2.5切割的情况相比较,从而评定自制仪器的切割性能。本文提出了显微图像分析的方法分析自制仪器和国外仪器的切割性能,用微分干涉相衬(DIC)显微镜获得PM10和PM2.5样品的显微图像,设计了颗粒图像处理的系统,并对大气颗粒物的显微图像进行了处理,统计了滤膜上颗粒的粒径分布,获得了平均粒径的大小以及PM10和PM2.5所占的比例。
基于数字图像处理的原理,以大气颗粒显微图像的特征为依据,对不同特征的颗粒图像进行了分析和处理。以增强颗粒轮廓的信息,减弱背景细节的信息,使二者具有较强的对比度为目的,针对颗粒图像的特征对图像进行了以下处理:用分段线性变换增强颗粒与背景的对比度,用中值滤波(或选择性掩模平滑)局部平滑颗粒边缘的背景(或颗粒内部),用分段线性拉伸对图像整体的背景作平滑处理,用梯度锐化局部地增强颗粒的轮廓特征,用开操作对颗粒内部的空洞作处理,而闭操作对颗粒之间的连接部分作处理,最后用迭代阈值与全局阈值相结合的方法分割黑色和白色的颗粒。
本文设计的颗粒图像处理软件IPAPM与Image-ProPlus(IPP)软件对PM10和PM2.5各9幅图像分别进行处理,处理的结果表明,IPAPM与IPP软件对处理大气颗粒物的效果相当。
论文工作还对自制仪器和国外仪器Andersen240型双通道采样器的切割性能作对比,包括对两个仪器经过1.5小时、3小时和13小时的切割性能做了大量的工作,分析了108幅图像和149720个颗粒物,得出自制仪器PM10和PM2.5的切割率已经达到国外仪器的切割性能指标。论文设计的颗粒图像处理方法和软件为六工位自循环大气颗粒监测仪的性能指标评定提供了有效的依据,也为今后大气颗粒物图像与分析仪器的研制提供了很有价值的参考。