用于估计对象的涂层上的源自水生环境的生物膜生物量的系统和方法。该方法包括：获得对象上的涂层的污染部分的一个或多个数字图像，并且从一个或多个图像中的每一个确定用于涂层的部分的相应的反射率值。该方法包括：根据一个或多个反射率值确定代表生物量的光谱指数的值，并且根据光谱指数SI和针对参考涂层确定的一个或多个校准值计算生物量色素表面积密度。该方法包括：通过应用与对象的涂层相对于参考涂层的反射率的差异相关联的补偿来补偿针对对象的涂层的反射率的计算生物量色素表面积密度。素表面积密度。素表面积密度。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】估计水生环境中的对象上的生物膜生物量
[0001]本专利技术涉及一种用于估计水生环境中的对象上的生物膜(biofilm)污垢(fouling)的生物量(biomass)的方法和系统。
技术介绍
[0002]污垢是永久或间歇性浸入水生环境中的结构的常见问题。此类结构包括船舶、船只和游艇的船体和压载舱；用于海上石油和天然气勘探、生产和存储的固定和浮动结构；用于风力和波浪能发电的海上结构；以及导管和管线。
[0003]关于污垢的问题包括归因于增加的摩擦阻力而增加的船只的燃料成本。在静态结构上，例如在钻机上，它可以改变支撑腿周围的水流，冒着不可预测的和增加的应力的风险。它还可以在检查期间遮蔽缺陷和裂缝。污垢可能进一步减少管道工程的横截面积，诸如冷却水或压载舱进水口，导致降低的流速。污垢控制涂层可用于减少污垢生长，但此类涂层不能完全防止生物粘附或生物膜形成。
[0004]污垢可以大致分成两类，即宏观污垢(藤壶(barnacle)等)和微观污垢(生物膜/粘液(slime))。具有可以测量水生环境中的对象上存在多少污垢(即宏观污垢和微观污垢)的定量方法可以帮助估计额外的阻力(drag)，和/或确定对于对象的清洁和/或重新涂覆的需要。
[0005]负责微观污垢的生物膜通常包含色素(pigment)微藻和/或细菌。这些通常包含光合色素，诸如叶绿素a。体内叶绿素a在约673nm处非常强烈地吸收光，并且生物膜倾向于在近红外波长内几乎是透明的。因此，通过测量它反射多少红光并且经常将其与近红外反射的基线测量结果进行比较(取决于使用哪个生物量指数)来估计多少叶绿素在典型污垢生物膜样本中是可能的。
[0006]尽管生物膜的定量成像先前已经完成，但是生物膜通常几乎被视为具有特征吸收特性的均匀材料。这些模型通常不能提供令人满意的结果和/或不能用于许多不同的对象。因此，需要改进生物膜污垢的定量确定。
技术实现思路
[0007]本专利技术的目的是提供一种用于估计对象的涂层上的源自水生环境的生物膜生物量的方法和系统，例如该对象永久地或间歇地浸入在水生环境中，这是相对准确的，该方法和系统可使用在各种对象上并且容易实现。
[0008]本专利技术的一个方面提供了一种用于估计涂层上的源自水生环境的生物膜生物量的方法，诸如在永久地或间歇地浸入在水生环境中的对象上的源自水生环境的生物膜生物量的方法。此类对象可以例如是船舶、船只或游艇的船体或压载舱；用于海上石油或天然气勘探、生产和存储的固定和浮动结构；用于风力或波浪能发电的海上结构；或导管或管线。水生环境可以例如是海洋、淡水、或微咸水环境。
[0009]该方法包括步骤a)：获得对象上的涂层的污染部分的一个或多个数字图像。可以
在光谱带中获得一个或多个数字图像的每个数字图像。光谱带可以例如具有0
‑
100nm或更大范围内的光谱宽度。此处，0nm的光谱宽度表示单个波长。因此，本文中的单个波长也被认为是光谱带。光谱带可以例如具有0
‑
100nm FWHM(半高全宽)或更大范围内的光谱宽度。可以在相同或不同的光谱带中获得相互不同的数字图像。每个数字图像可包括一个或多个像素。
[0010]该方法包括步骤b)：从一个或多个图像中的每一个确定涂层的部分的相应的反射率值。
[0011]该方法包括步骤c)：基于一个或多个反射率值确定代表生物量的光谱指数的值。
[0012]该方法包括步骤d)：基于光谱指数SI和针对参考涂层所确定的一个或多个校准值，计算生物量色素表面积密度biomass
SI
。参考涂层可以与对象的涂层不同，例如具有不同的颜色。虽然该计算的生物量色素表面积密度可以是用于生物膜生物量的度量，但是已经发现，该确定的密度的值受对象的底层涂层的反射率影响。因此，该确定的密度不是用于生物膜生物量的可靠指示，因为它可能高估或低估生物量，这取决于对象的涂层的反射率。
[0013]因此，该方法包括步骤e)：通过应用与对象的涂层相对于参考涂层的反射率的差相关联的补偿，补偿因此针对对象的涂层的反射率所计算的生物量色素表面积密度biomass
SI
，因此获得当前涂层表面上的估计生物量密度biomass
current
。因此，补偿了对象的底层涂层的反射率，使得可以更准确地确定生物膜生物量。而且，根据本方法，不需要针对每一种涂层校准生物量色素表面积密度biomass
SI
与光谱指数。可以对参考涂层进行校准，并且然后补偿对象上的实际涂层与参考涂层之间的差异。该方法可以是计算机实现的方法。
[0014]可选地，补偿是基于代表生物膜生物量下面的涂层的部分的比较反射率值。因此，可以通过比较反射率值来考虑一个或多个图像中的生物量下面的涂层的反射率值。比较反射率值可以是针对已经从其移除所有生物量的对象的涂层的一部分所确定的反射率值；从参考对象所确定的反射率值；或存储在数据库中的反射率值。比较反射率值可以是在获得一个或多个图像的一个或多个光谱带中用于在生物膜生物量下面的涂层的反射率值中的最小值。
[0015]因此，在步骤d)中，可以确定生物量色素表面积密度biomass
SI
，好像当前涂层是具有参考反射光谱的参考涂层一样。然后，在步骤e)中，可以针对当前涂层相对于参考涂层的反射率的差，通过补偿针对参考涂层所确定的生物量色素表面积密度biomass
SI
来估计当前涂层表面上的生物量密度biomass
current
。可选地，以预定波长确定参考涂层的反射率，并且以相同的预定波长确定当前涂层的反射率，用于确定当前涂层相对于参考涂层的反射率的差。
[0016]可选地，根据光谱指数和一个或多个校准值计算的生物量估计biomass
SI
可以通过误差因子EF
current
和基线误差BE
current
进行调整，这两者是在其上存在生物量的当前涂层的反射光谱的函数。然后，当前涂层上的估计生物量biomass
current
可以从以下等式确定：
[0017][0018]可选地，光谱带是100nm宽、FWHM或更小，诸如50nm宽、FWHM或更小，诸如30nm宽、FWHM或更小，诸如5nm FWHM或更小。光谱带可以是至少0.1nm，例如至少1nm。因此，光谱带可
以在从0.1至100、0.1至50、0.1至30、或0.1至5的范围内，诸如从1至100、从1至50、或从1至30、或从1至5。
[0019]可选地，选择光谱带中的一个以包含叶绿素的吸收波长，诸如叶绿素a。当获得对象上的涂层的污染部分的单个数字图像时，可以选择光谱带以包含叶绿素的吸收波长。当获得对象上的涂层的污染部分的两个或两个以上图像时，可以在包含叶绿素的吸收波长的光谱带中获得那些图像中的至少一个。当获得对象上的涂层的污染部分的两个或两个以上数字图像时，可以在选择为排除叶绿素的吸收波长本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于估计对象的涂层上的源自水生环境的生物膜生物量的方法，包括：a)获得所述对象上的所述涂层的被污染的部分的一个或多个数字图像；b)根据所述一个或多个图像中的每个图像，确定所述涂层的所述部分的相应的反射率值；c)基于所述一个或多个反射率值，确定代表生物量的光谱指数的值；d)基于所述光谱指数SI和针对参考涂层所确定的一个或多个校准值，计算生物量色素表面积密度；以及e)通过应用与所述对象的所述涂层相对于所述参考涂层的反射率的差相关联的补偿，补偿针对所述对象的所述涂层的所述反射率所计算的生物量色素表面积密度。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述补偿基于代表在所述生物膜生物量下面的所述涂层的比较反射率值。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述比较反射率值是：
‑
针对已经从其移除所有生物量的所述对象的所述涂层的一部分所确定的反射率值；
‑
从参考对象所确定的反射率值；或
‑
存储在数据库中的反射率值。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，在例如0至100nm的光谱带中获得所述一个或多个图像中的每个图像。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述比较反射率值是在所述一个或多个光谱带中用于在所述生物膜生物量下面的所述涂层的所述反射率值中的最小值。6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中，在步骤e)中，当前涂层上的估计生物量色素表面积密度biomass
current
能够根据以下等式从以下中确定：从在步骤d)中所确定的所述光谱指数所计算的生物量biomass
SI
，误差因子EF
current
，以及基线误差BE
current
，7.根据权利要求1至6中的任一项所述的方法，其中，选择所述光谱带中的至少一个光谱带以包含叶绿素的吸收波长，和/或选择所述光谱带中的至少一个光谱带以排除叶绿素的吸收波长。8.根据权利要求1至7中的任一项所述的方法，其中，在433、460、496、555、584、601、673或800nm附近选择所述光谱带中的至少一个光谱带。9.根据权利要求1至8中的任一项所述的方法，其中，所述光谱指数包括两个反射率值的比率。10.根据权利要求1至9中的任一项所述的方法，其中，所述光谱指数SI是以下中的一个：
‑
涂层归一化红色反射率，其被定义为
‑
归一化差异植被指数，其被定义为
其中，R673是在605至740nm范围内所确定的反射率值，诸如在673nm处所确定的反射率值；R800是在720至900nm范围内所确定的反射率值...
【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：阿克佐诺贝尔国际涂料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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