專利名稱：一種基于視覺檢測(cè)的流量監(jiān)控裝置及流量監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于視覺檢測(cè)的流量監(jiān)控裝置及流量監(jiān)控方法，屬于光電測(cè)量領(lǐng)域，適用于管路中流體流量的實(shí)時(shí)監(jiān)控、流量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與統(tǒng)計(jì)分析。
背景技術(shù)：
流量計(jì)的定義為指示被測(cè)流量·或在選定的時(shí)間間隔內(nèi)流體總量的儀表。簡(jiǎn)單來說就是用于測(cè)量管道中流體流量的一種儀表，流過的物質(zhì)可以是氣體、液體、固體?？煞譃樗矔r(shí)流量和累計(jì)流量，瞬時(shí)流量即單位時(shí)間內(nèi)過封閉管道有效截面的量，累計(jì)流量即為在某一段時(shí)間間隔內(nèi)(一天、一周、一月、一年)流體流過封閉管道有效截面的累計(jì)量。通過瞬時(shí)流量對(duì)時(shí)間積分亦可求得累計(jì)流量，所以瞬時(shí)流量計(jì)和累計(jì)流量計(jì)之間也是可以相互轉(zhuǎn)化的。流量計(jì)又分為有浮子流量計(jì)、節(jié)流式流量計(jì)、細(xì)縫流量計(jì)、容積流量計(jì)、電磁流量計(jì)、超聲波流量計(jì)等。浮子流量計(jì)，是變面積式流量計(jì)的一種。在一根由下向上擴(kuò)大的垂直錐管中，圓形橫截面的浮子的重力是由液體動(dòng)力承受的，從而使浮子可以在錐管內(nèi)自由地上升和下降。浮子流量計(jì)具有機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，工作穩(wěn)定、可靠性高及壓力損小等優(yōu)點(diǎn)，所以在氣體、液體的流量測(cè)量和自動(dòng)控制系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。浮子流量計(jì)分為金屬錐管浮子流量計(jì)和玻璃錐管浮子流量計(jì)。玻璃錐管浮子流量計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的目視讀數(shù)，但無法實(shí)現(xiàn)流量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳，即流量的監(jiān)控和超差報(bào)警等。金屬錐管浮子流量計(jì)通過傳感器測(cè)量浮子的位置實(shí)現(xiàn)測(cè)量，可實(shí)現(xiàn)測(cè)量數(shù)據(jù)的電遠(yuǎn)傳，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控和超差報(bào)警，但無法實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的目視監(jiān)控與讀數(shù)。在工廠的自動(dòng)化改造過程中，有工廠提出流量監(jiān)控需求，既要實(shí)現(xiàn)管路流量的現(xiàn)場(chǎng)目視監(jiān)測(cè)，又需實(shí)現(xiàn)主控中心對(duì)管路中流體流量的實(shí)時(shí)監(jiān)控、流量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與統(tǒng)計(jì)分析。

發(fā)明內(nèi)容
現(xiàn)有流量檢測(cè)技術(shù)中無法滿足既實(shí)現(xiàn)管路流量的現(xiàn)場(chǎng)目視監(jiān)測(cè)，又需實(shí)現(xiàn)主控中心管路中流體流量的實(shí)時(shí)監(jiān)控的要求。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是基于視覺檢測(cè)技術(shù)，在使用玻璃浮子流量計(jì)進(jìn)行管路流量測(cè)量實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)目視監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，采用視覺檢測(cè)系統(tǒng)拍攝4個(gè)玻璃浮子流量計(jì)圖像，對(duì)圖像進(jìn)行處理計(jì)算出各流量計(jì)的流量讀數(shù)值，從而使主控中心實(shí)現(xiàn)管路中流體流量的實(shí)時(shí)監(jiān)控、流量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與統(tǒng)計(jì)分析。本發(fā)明提供一種基于視覺檢測(cè)的流量監(jiān)控裝置，該裝置主要包括玻璃浮子流量計(jì)、照明光源、光學(xué)鏡頭、CCD相機(jī)和計(jì)算機(jī)。玻璃浮子流量計(jì)連接到待測(cè)流量流體的管路中。照明光源采用紅色LED發(fā)光的平板光源，固定在玻璃浮子流量計(jì)的背側(cè)，對(duì)玻璃浮子流量計(jì)進(jìn)行背光照明。CCD相機(jī)與光學(xué)鏡頭構(gòu)成視覺檢測(cè)成像系統(tǒng)，拍攝玻璃浮子流量計(jì)的圖像。計(jì)算機(jī)通過圖像采集卡采集CCD相機(jī)拍攝的流量計(jì)圖像。本發(fā)明提供的基于視覺檢測(cè)的流量監(jiān)控方法包括以下步驟打開計(jì)算機(jī)中本發(fā)明的流量監(jiān)控軟件；進(jìn)行軟件參數(shù)設(shè)置；軟件采集CCD相機(jī)圖像，并在軟件界面上顯示；對(duì)流量計(jì)圖像進(jìn)行處理，得出各玻璃浮子流量計(jì)的讀數(shù)值；判斷各玻璃浮子流量計(jì)的讀數(shù)值是否在設(shè)定范圍內(nèi)，超出范圍則報(bào)警；對(duì)流量值進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)；計(jì)算各流量計(jì)流過的總流體體積；軟件可以查詢已存儲(chǔ)的各流量計(jì)的流量數(shù)據(jù)，并以圖表的形式體現(xiàn)。本發(fā)明提供的基于視覺檢測(cè)的流量監(jiān)控裝置和流量監(jiān)控方法具有以下優(yōu)點(diǎn)I.使用玻璃浮子流量計(jì)，便于實(shí)現(xiàn)管路工作狀況和流量的現(xiàn)場(chǎng)目視測(cè)量，同時(shí)主控中心也可以通過圖像顯示及其處理結(jié)果實(shí)現(xiàn)管路工作狀況和流量大小的監(jiān)控，并對(duì)流量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)與統(tǒng)計(jì)分析；·2.工廠的自動(dòng)化改造過程中，不需要關(guān)閉和改動(dòng)流體管路，只需要在原有的玻璃浮子流量計(jì)上安裝本系統(tǒng)，就可以實(shí)現(xiàn)主控中心的流量監(jiān)控。


圖I為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于視覺檢測(cè)的流量監(jiān)控裝置示意圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于視覺檢測(cè)的流量監(jiān)控裝置所采用的玻璃浮子流量計(jì)實(shí)物圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于視覺檢測(cè)的流量監(jiān)控裝置LED平板光源實(shí)物圖。圖4為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于視覺檢測(cè)的流量監(jiān)控裝置實(shí)物圖。圖5為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于視覺檢測(cè)的流量監(jiān)控裝置拍攝的流量計(jì)圖像的截圖。圖6為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于視覺檢測(cè)的流量監(jiān)控軟件界面圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，其示例在附圖中示出，其中，相同的標(biāo)號(hào)始終表示相同的部件。下面通過參照附圖來描述這些實(shí)施例以解釋本發(fā)明。I.基于視覺檢測(cè)的流量監(jiān)控裝置
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)DI，為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于視覺檢測(cè)的流量監(jiān)控裝置圖的示意圖。圖中1為計(jì)算機(jī)，2為視頻電纜，3為CCD相機(jī)，4為光學(xué)鏡頭，5為視覺檢測(cè)系統(tǒng)調(diào)整固定裝置，6為玻璃浮子流量計(jì)，7為照明光源，，8為開關(guān)電源，9為220V電源。圖中采用一套視覺檢測(cè)系統(tǒng)采集4個(gè)玻璃浮子流量計(jì)圖像。參照?qǐng)D2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于視覺檢測(cè)的流量監(jiān)控裝置所采用的玻璃浮子流量計(jì)實(shí)物圖。圖中10為浮子，11為玻璃管，12為流體入口，13為流體出口。參照?qǐng)D3為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于視覺檢測(cè)的流量監(jiān)控裝置照明光源實(shí)物圖，為L(zhǎng)ED發(fā)光的平板光源，發(fā)光顏色為紅色。采用LED作為照明光源具有發(fā)熱量小、節(jié)能、壽命長(zhǎng)、節(jié)省空間等優(yōu)點(diǎn)，采用平板光源具有照明均勻的特點(diǎn)。經(jīng)過多次試驗(yàn)，LED光源對(duì)流量計(jì)進(jìn)行背向照明有利于清晰體現(xiàn)出浮子在流量計(jì)中的位置，便于流量計(jì)圖像的處理。CCD相機(jī)采用黑白CCD相機(jī)，與光學(xué)鏡頭構(gòu)成視覺檢測(cè)系統(tǒng)，拍攝玻璃浮子流量計(jì)的圖像。計(jì)算機(jī)通過圖像采集卡采集CCD相機(jī)拍攝的圖像信號(hào)。參照?qǐng)D4為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施的流量監(jiān)控裝置實(shí)物圖。參照?qǐng)D5為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施的流量監(jiān)控裝置拍攝的流量計(jì)圖像的截圖。參照?qǐng)D6為依據(jù)本發(fā)明實(shí)施的流量監(jiān)控裝置的流量監(jiān)控軟件界面圖。裝置的調(diào)整與固定流量監(jiān)控裝置需要進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整光學(xué)鏡頭的焦距以及CXD相機(jī)的位置，使被測(cè)流量計(jì)的玻璃管能夠全部成像在CCD相機(jī)拍攝到的圖像上，同時(shí)使CCD上流量計(jì)的圖像調(diào)整到最清晰。調(diào)整完成后對(duì)整個(gè)裝置進(jìn)行固定，在裝置運(yùn)行期間，需保證各部件的相對(duì)位置不發(fā)生改變。2.基于視覺檢測(cè)的流量監(jiān)控方法
具體實(shí)施例方式2. I本發(fā)明采用的技術(shù)方案是·基于視覺檢測(cè)技術(shù)，在使用玻璃浮子流量計(jì)進(jìn)行管路流體流量測(cè)量的基礎(chǔ)上，采用CCD相機(jī)拍攝流量計(jì)圖像，對(duì)圖像進(jìn)行處理得出流量讀數(shù)值，從而使主控中心實(shí)現(xiàn)管路中流體流量的實(shí)時(shí)監(jiān)控、流量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與統(tǒng)計(jì)分析。2. 2基于視覺檢測(cè)的流量監(jiān)控方法的實(shí)施過程是(I)打開計(jì)算機(jī)中本發(fā)明的流量監(jiān)控軟件。所述的流量監(jiān)控軟件為本發(fā)明的裝置所編制，軟件界面如圖6所示。(2)進(jìn)行軟件參數(shù)設(shè)置。裝置調(diào)整固定完成后，需要根據(jù)裝置設(shè)置一些軟件參數(shù)。所述的參數(shù)設(shè)置方法為計(jì)算機(jī)采集一幅CCD相機(jī)拍攝的圖像，存儲(chǔ)圖像；對(duì)該圖像進(jìn)行分析，標(biāo)記出各流量計(jì)玻璃管中心線在圖像中的水平方向的像素位置Xmj，其中j表示流量計(jì)的標(biāo)號(hào)，j = 1，2，3，4 ;標(biāo)記出各流量計(jì)玻璃管圖像在豎直方向的有效范圍，下限值^和上限值;標(biāo)記出各流量計(jì)上所有刻度線在圖像中豎向的位置，即Y坐標(biāo)，將刻度線位置匕,與及其流量讀數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系按存儲(chǔ)到軟件中，其中i表示第j個(gè)流量計(jì)的刻度線標(biāo)號(hào)；設(shè)置各流量計(jì)流量值的預(yù)定值范圍，下限值MinLj和上限值MaxLjtl(3)軟件采集(XD相機(jī)圖像，并在軟件界面上顯示。(4)軟件采集CCD相機(jī)圖像，并對(duì)圖像進(jìn)行處理，得出玻璃浮子流量計(jì)的流量讀數(shù)值。所述的圖像處理過程為計(jì)算機(jī)軟件采集CCD相機(jī)的圖像，分別存儲(chǔ)為圖像M1和圖像M2 ；對(duì)M1圖像進(jìn)行閾值分割操作，即
{255 M,(x,y)>TM1(XJ) = ^
{ O M2{x,y)<T其中閾值T采用圖像M1的灰度直方圖谷點(diǎn)確定。計(jì)算各流量計(jì)浮子頂端的像素級(jí)位置在M1圖像中各流量計(jì)玻璃管中心位置Xmj處沿豎直方向掃描，范圍從Fi,.到，若某一像素的像素值為0，而該像素上方像素的像素值為255,而該像素下方第5個(gè)像素的像素值為O,則認(rèn)為該像素點(diǎn)為浮子的頂端，即該點(diǎn)為浮
子在圖像中的像素級(jí)位置，記為。為了提高浮子定位的精度，采用亞像素邊緣定位方法對(duì)浮子頂端的豎向位置即頂端Y坐標(biāo)進(jìn)行精確定位，計(jì)算浮子的亞像素位置方法為利用M2圖像，參考文獻(xiàn)《視覺測(cè)量關(guān)鍵技術(shù)及在自動(dòng)檢測(cè)中的應(yīng)用》中的灰度矩亞像素邊緣定位方法，將M2圖像中
上方3個(gè)像素與下方2個(gè)像素的像素值帶入公式求出浮子的頂端亞像素位置Gy j，同
理對(duì)玻璃管中心位置的相鄰列進(jìn)行浮子頂端的亞像素定位，
權(quán)利要求
1.一種基于視覺檢測(cè)的流量監(jiān)控裝置，主要包括玻璃浮子流量計(jì)、照明光源、光學(xué)鏡頭、CCD相機(jī)和計(jì)算機(jī)； 玻璃浮子流量計(jì)連接到待測(cè)管路中，CCD相機(jī)與光學(xué)鏡頭構(gòu)成視覺檢測(cè)成像系統(tǒng)，拍攝玻璃浮子流量計(jì)圖像，計(jì)算機(jī)采集CCD相機(jī)圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于視覺檢測(cè)的流量監(jiān)控裝置，其特征是，所述流量計(jì)采用玻璃浮子流量計(jì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于視覺檢測(cè)的流量監(jiān)控裝置，其特征是，所述照明光源采用LED發(fā)光的平板光源，LED發(fā)光顏色為紅色，對(duì)玻璃浮子流量計(jì)照明方式為背光照明。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于視覺檢測(cè)的流量監(jiān)控裝置，其特征是，CCD相機(jī)與光學(xué)鏡頭構(gòu)成視覺檢測(cè)成像系統(tǒng)同時(shí)拍攝4個(gè)玻璃浮子流量計(jì)的圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于視覺檢測(cè)的流量監(jiān)控裝置，其特征是，所述計(jì)算機(jī)對(duì)CCD相機(jī)采集到的圖像進(jìn)行顯示，并對(duì)所述圖像進(jìn)行處理得出各玻璃浮子流量計(jì)的流量讀數(shù)值，判斷流量值是否在設(shè)定范圍內(nèi)；對(duì)流量值進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)；計(jì)算流體總體積。
6.采用權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述裝置的流量監(jiān)控方法，其特征是，計(jì)算機(jī)預(yù)先進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，然后采集CCD相機(jī)圖像，實(shí)時(shí)顯示圖像，同時(shí)對(duì)圖像進(jìn)行處理，得出玻璃浮子流量計(jì)的流量讀數(shù)值，對(duì)流量值進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)，并計(jì)算流體總體積； 預(yù)先進(jìn)行參數(shù)設(shè)置方法為采集一幅CCD相機(jī)拍攝的圖像，對(duì)所述圖像進(jìn)行分析，標(biāo)記出各流量計(jì)玻璃管中心線在圖像中的水平方向的像素位置；標(biāo)記出各流量計(jì)玻璃管圖像在豎直方向的有效范圍；標(biāo)記出各流量計(jì)上所有刻度線在圖像中豎直方向的位置，存儲(chǔ)所有刻度線位置與及其對(duì)應(yīng)流量讀數(shù)；設(shè)定各流量計(jì)流量值的預(yù)定值范圍； 所述圖像處理過程為采集CCD相機(jī)的圖像，存儲(chǔ)為圖像M1和圖像M2 ;對(duì)乂圖像進(jìn)行閾值分割操作，分割閾值采用圖像M1的灰度直方圖谷點(diǎn)確定；計(jì)算各流量計(jì)浮子頂端的像素級(jí)位置；計(jì)算各流量計(jì)浮子頂端的亞像素位置；確定浮子頂端位置對(duì)應(yīng)的讀數(shù)值； 所述圖像中各流量計(jì)浮子頂端的像素級(jí)位置定位方法為在閾值分割后的Ml圖像中對(duì)各流量計(jì)玻璃管中心位置處沿豎直方向掃描，若某一像素的像素值為O，而該像素上方像素的像素值為255,且該像素下方第5個(gè)像素的像素值為O,則認(rèn)為該像素點(diǎn)為浮子的頂端，即該點(diǎn)為該流量計(jì)浮子頂端在圖像中的像素級(jí)位置； 所述計(jì)算各流量計(jì)流過的總流體體積方法為記錄計(jì)算機(jī)采集并處理的該幅CCD相機(jī)圖像與上一幅CCD相機(jī)圖像進(jìn)行處理的時(shí)間間隔t，本次記錄前第j個(gè)流量計(jì)的總流體體積為Kj，Lj為第j個(gè)浮子流量計(jì)當(dāng)前的流量讀數(shù)，則記錄后總流體體積為
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述各流量計(jì)浮子頂端的亞像素位置計(jì)算方法為灰度矩亞像素邊緣定位方法； 所述確定浮子頂端位置對(duì)應(yīng)的讀數(shù)值方法為線性插值法。
全文摘要
一種基于視覺檢測(cè)的流量監(jiān)控裝置及流量監(jiān)控方法，該裝置主要包括玻璃浮子流量計(jì)、照明光源、光學(xué)鏡頭、CCD相機(jī)和計(jì)算機(jī)。玻璃浮子流量計(jì)連接到待測(cè)流量管路中；照明光源采用紅色LED平板光源，對(duì)玻璃浮子流量計(jì)進(jìn)行背光照明；CCD相機(jī)與光學(xué)鏡頭構(gòu)成視覺檢測(cè)系統(tǒng)，拍攝玻璃浮子流量計(jì)圖像；計(jì)算機(jī)軟件采集CCD相機(jī)圖像進(jìn)行處理。流量監(jiān)控方法流量監(jiān)控軟件實(shí)時(shí)顯示CCD相機(jī)圖像，同時(shí)對(duì)圖像進(jìn)行處理，得出各流量計(jì)的浮子在圖像中的位置，根據(jù)預(yù)先標(biāo)記的各流量計(jì)刻度線位置與流量讀數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系線性插值計(jì)算出玻璃浮子流量計(jì)的流量讀數(shù)值，判斷流量值是否在設(shè)定范圍內(nèi)；對(duì)流量值進(jìn)行顯示和存儲(chǔ)；計(jì)算流體總體積。
文檔編號(hào)G01F1/52GK102889907SQ201210326239
公開日2013年1月23日 申請(qǐng)日期2012年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月6日
發(fā)明者劉力雙, 呂勇, 郎曉萍, 燕必希, 婁小平 申請(qǐng)人:北京信息科技大學(xué)