CN102889907A - 一种基于视觉检测的流量监控装置及流量监控方法 - Google Patents

Abstract

一种基于视觉检测的流量监控装置及流量监控方法，该装置主要包括：玻璃浮子流量计、照明光源、光学镜头、CCD相机和计算机。玻璃浮子流量计连接到待测流量管路中；照明光源采用红色LED平板光源，对玻璃浮子流量计进行背光照明；CCD相机与光学镜头构成视觉检测系统，拍摄玻璃浮子流量计图像；计算机软件采集CCD相机图像进行处理。流量监控方法：流量监控软件实时显示CCD相机图像，同时对图像进行处理，得出各流量计的浮子在图像中的位置，根据预先标记的各流量计刻度线位置与流量读数的对应关系线性插值计算出玻璃浮子流量计的流量读数值，判断流量值是否在设定范围内；对流量值进行显示和存储；计算流体总体积。

Description

一种基于视觉检测的流量监控装置及流量监控方法

技术领域

本发明涉及一种基于视觉检测的流量监控装置及流量监控方法，属于光电测量领域，适用于管路中流体流量的实时监控、流量数据的存储与统计分析。

背景技术

流量计的定义为：指示被测流量或在选定的时间间隔内流体总量的仪表。简单来说就是用于测量管道中流体流量的一种仪表，流过的物质可以是气体、液体、固体。可分为瞬时流量和累计流量，瞬时流量即单位时间内过封闭管道有效截面的量，累计流量即为在某一段时间间隔内(一天、一周、一月、一年)流体流过封闭管道有效截面的累计量。通过瞬时流量对时间积分亦可求得累计流量，所以瞬时流量计和累计流量计之间也是可以相互转化的。

流量计又分为有浮子流量计、节流式流量计、细缝流量计、容积流量计、电磁流量计、超声波流量计等。

浮子流量计，是变面积式流量计的一种。在一根由下向上扩大的垂直锥管中，圆形横截面的浮子的重力是由液体动力承受的，从而使浮子可以在锥管内自由地上升和下降。浮子流量计具有机械结构简单，加工方便，工作稳定、可靠性高及压力损小等优点，所以在气体、液体的流量测量和自动控制系统中被广泛应用。浮子流量计分为金属锥管浮子流量计和玻璃锥管浮子流量计。玻璃锥管浮子流量计的优点是可实现现场的目视读数，但无法实现流量数据的远传，即流量的监控和超差报警等。金属锥管浮子流量计通过传感器测量浮子的位置实现测量，可实现测量数据的电远传，从而实现监控和超差报警，但无法实现现场的目视监控与读数。

在工厂的自动化改造过程中，有工厂提出流量监控需求，既要实现管路流量的现场目视监测，又需实现主控中心对管路中流体流量的实时监控、流量数据的存储与统计分析。

发明内容

现有流量检测技术中无法满足既实现管路流量的现场目视监测，又需实现主控中心管路中流体流量的实时监控的要求。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

基于视觉检测技术，在使用玻璃浮子流量计进行管路流量测量实现现场目视监测的基础上，采用视觉检测系统拍摄4个玻璃浮子流量计图像，对图像进行处理计算出各流量计的流量读数值，从而使主控中心实现管路中流体流量的实时监控、流量数据的存储与统计分析。

本发明提供一种基于视觉检测的流量监控装置，该装置主要包括：玻璃浮子流量计、照明光源、光学镜头、CCD相机和计算机。玻璃浮子流量计连接到待测流量流体的管路中。照明光源采用红色LED发光的平板光源，固定在玻璃浮子流量计的背侧，对玻璃浮子流量计进行背光照明。CCD相机与光学镜头构成视觉检测成像系统，拍摄玻璃浮子流量计的图像。计算机通过图像采集卡采集CCD相机拍摄的流量计图像。

本发明提供的基于视觉检测的流量监控方法包括以下步骤：打开计算机中本发明的流量监控软件；进行软件参数设置；软件采集CCD相机图像，并在软件界面上显示；对流量计图像进行处理，得出各玻璃浮子流量计的读数值；判断各玻璃浮子流量计的读数值是否在设定范围内，超出范围则报警；对流量值进行显示和存储；计算各流量计流过的总流体体积；软件可以查询已存储的各流量计的流量数据，并以图表的形式体现。

本发明提供的基于视觉检测的流量监控装置和流量监控方法具有以下优点：

1.使用玻璃浮子流量计，便于实现管路工作状况和流量的现场目视测量，同时主控中心也可以通过图像显示及其处理结果实现管路工作状况和流量大小的监控，并对流量数据进行存储与统计分析；

2.工厂的自动化改造过程中，不需要关闭和改动流体管路，只需要在原有的玻璃浮子流量计上安装本系统，就可以实现主控中心的流量监控。

附图说明

图1为根据本发明实施例的基于视觉检测的流量监控装置示意图。

图2为根据本发明实施例的基于视觉检测的流量监控装置所采用的玻璃浮子流量计实物图。

图3为根据本发明实施例的基于视觉检测的流量监控装置LED平板光源实物图。

图4为依据本发明实施例的基于视觉检测的流量监控装置实物图。

图5为依据本发明实施例的基于视觉检测的流量监控装置拍摄的流量计图像的截图。

图6为依据本发明实施例的基于视觉检测的流量监控软件界面图。

具体实施方式

现在将详细描述本发明的实施例，其示例在附图中示出，其中，相同的标号始终表示相同的部件。下面通过参照附图来描述这些实施例以解释本发明。

1.基于视觉检测的流量监控装置具体实施方式

参照图1，为根据本发明实施例的基于视觉检测的流量监控装置图的示意图。图中：1为计算机，2为视频电缆，3为CCD相机，4为光学镜头，5为视觉检测系统调整固定装置，6为玻璃浮子流量计，7为照明光源，，8为开关电源，9为220V电源。图中采用一套视觉检测系统采集4个玻璃浮子流量计图像。

参照图2为根据本发明实施例的基于视觉检测的流量监控装置所采用的玻璃浮子流量计实物图。图中10为浮子，11为玻璃管，12为流体入口，13为流体出口。

参照图3为根据本发明实施例的基于视觉检测的流量监控装置照明光源实物图，为LED发光的平板光源，发光颜色为红色。采用LED作为照明光源具有发热量小、节能、寿命长、节省空间等优点，采用平板光源具有照明均匀的特点。经过多次试验，LED光源对流量计进行背向照明有利于清晰体现出浮子在流量计中的位置，便于流量计图像的处理。

CCD相机采用黑白CCD相机，与光学镜头构成视觉检测系统，拍摄玻璃浮子流量计的图像。计算机通过图像采集卡采集CCD相机拍摄的图像信号。

参照图4为依据本发明实施的流量监控装置实物图。

参照图5为依据本发明实施的流量监控装置拍摄的流量计图像的截图。

参照图6为依据本发明实施的流量监控装置的流量监控软件界面图。

装置的调整与固定：流量监控装置需要进行调整，调整光学镜头的焦距以及CCD相机的位置，使被测流量计的玻璃管能够全部成像在CCD相机拍摄到的图像上，同时使CCD上流量计的图像调整到最清晰。调整完成后对整个装置进行固定，在装置运行期间，需保证各部件的相对位置不发生改变。

2.基于视觉检测的流量监控方法具体实施方式

2.1本发明采用的技术方案是：

基于视觉检测技术，在使用玻璃浮子流量计进行管路流体流量测量的基础上，采用CCD相机拍摄流量计图像，对图像进行处理得出流量读数值，从而使主控中心实现管路中流体流量的实时监控、流量数据的存储与统计分析。

2.2基于视觉检测的流量监控方法的实施过程是：

(1)打开计算机中本发明的流量监控软件。所述的流量监控软件为本发明的装置所编制，软件界面如图6所示。

(2)进行软件参数设置。装置调整固定完成后，需要根据装置设置一些软件参数。所述的参数设置方法为：计算机采集一幅CCD相机拍摄的图像，存储图像；对该图像进行分析，标记出各流量计玻璃管中心线在图像中的水平方向的像素位置Xm_j，其中j表示流量计的标号，j＝1，2，3，4；标记出各流量计玻璃管图像在竖直方向的有效范围，下限值

和上限值

标记出各流量计上所有刻度线在图像中竖向的位置，即Y坐标，将刻度线位置

与及其流量读数的对应关系按存储到软件中，其中i表示第j个流量计的刻度线标号；设置各流量计流量值的预定值范围，下限值MinL_j和上限值MaxL_j。

(3)软件采集CCD相机图像，并在软件界面上显示。

(4)软件采集CCD相机图像，并对图像进行处理，得出玻璃浮子流量计的流量读数值。

所述的图像处理过程为：

计算机软件采集CCD相机的图像，分别存储为图像M₁和图像M₂；

对M₁图像进行阈值分割操作，即：

$M_1(x,y)=\left\{\begin{array}{cc}255& M_1(x,y)\&GreaterEqual;T\\ 0& M_2(x,y)<T\end{array}\right.$

其中阈值T采用图像M₁的灰度直方图谷点确定。

计算各流量计浮子顶端的像素级位置：在M₁图像中各流量计玻璃管中心位置Xm_j处沿竖直方向扫描，范围从

到若某一像素的像素值为0，而该像素上方像素的像素值为255，而该像素下方第5个像素的像素值为0，则认为该像素点为浮子的顶端，即该点为浮子在图像中的像素级位置，记为

为了提高浮子定位的精度，采用亚像素边缘定位方法对浮子顶端的竖向位置即顶端Y坐标进行精确定位，计算浮子的亚像素位置方法为：利用M₂图像，参考文献《视觉测量关键技术及在自动检测中的应用》中的灰度矩亚像素边缘定位方法，将M₂图像中

上方3个像素与下方2个像素的像素值带入公式求出浮子的顶端亚像素位置

同理对玻璃管中心位置的相邻列进行浮子顶端的亚像素定位，

和

像素点进行亚像素定位得到亚像素边缘点

和

将3列像素点的亚像素边缘点的

取均值得到

确定浮子顶端位置对应的读数值：找到该流量计刻度线位置中离最近的两个刻度线，即以及两个刻度线对应的刻度值

采用线性插值法得出

对应的读数值L_j，用公式表示为：

$L_j=\frac{\stackrel{\&OverBar;}{Y_{p_j}^{\&prime;}}-Y_{j_i}}{Y_{j_{i+1}}-Y_{j_i}}(L_{j_{i+1}}-L_{j_i})$

(5)软件对各流量计的流量值L_j进行存储；

(6)根据处理结果判断各流量计的流量值是否在预定范围内，超出范围则报警，即判断各流量计的读数值L_j是否满足MinL_j≤L_j≤MaxL_j。

(7)计算各流量计流过的总流体体积。软件记录计算机采集并处理的该幅CCD相机图像与上一幅CCD相机图像进行处理的时间间隔t，设本次记录前总流体体积为

则记录后总流体体积为 $V_{2_j}=V_{1_j}+L_j*t.$

(8)软件可以查询已存储的各流量计的流量数据，并以图表的形式体现。

参照本发明的基于视觉检测的流量监控装置，如计算机可采集n个CCD相机的视频信号，则采用n套视觉检测成像系统，可实现同时对4×n个玻璃浮子流量计进行监控。

参照本发明的示例性实施例具体描述和显示了本发明，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。

Claims (7)

1.一种基于视觉检测的流量监控装置，主要包括：玻璃浮子流量计、照明光源、光学镜头、CCD相机和计算机；

玻璃浮子流量计连接到待测管路中，CCD相机与光学镜头构成视觉检测成像系统，拍摄玻璃浮子流量计图像，计算机采集CCD相机图像。

2.根据权利要求1所述的基于视觉检测的流量监控装置，其特征是，所述流量计采用玻璃浮子流量计。

3.根据权利要求2所述的基于视觉检测的流量监控装置，其特征是，所述照明光源采用LED发光的平板光源，LED发光颜色为红色，对玻璃浮子流量计照明方式为背光照明。

4.根据权利要求3所述的基于视觉检测的流量监控装置，其特征是，CCD相机与光学镜头构成视觉检测成像系统同时拍摄4个玻璃浮子流量计的图像。

5.根据权利要求4所述的基于视觉检测的流量监控装置，其特征是，所述计算机对CCD相机采集到的图像进行显示，并对所述图像进行处理得出各玻璃浮子流量计的流量读数值，判断流量值是否在设定范围内；对流量值进行显示和存储；计算流体总体积。

6.采用权利要求1-5任一项所述装置的流量监控方法，其特征是，计算机预先进行参数设置，然后采集CCD相机图像，实时显示图像，同时对图像进行处理，得出玻璃浮子流量计的流量读数值，对流量值进行显示和存储，并计算流体总体积；

预先进行参数设置方法为：采集一幅CCD相机拍摄的图像，对所述图像进行分析，标记出各流量计玻璃管中心线在图像中的水平方向的像素位置；标记出各流量计玻璃管图像在竖直方向的有效范围；标记出各流量计上所有刻度线在图像中竖直方向的位置，存储所有刻度线位置与及其对应流量读数；设定各流量计流量值的预定值范围；

所述图像处理过程为：采集CCD相机的图像，存储为图像M₁和图像M₂；对M₁图像进行阈值分割操作，分割阈值采用图像M₁的灰度直方图谷点确定；计算各流量计浮子顶端的像素级位置；计算各流量计浮子顶端的亚像素位置；确定浮子顶端位置对应的读数值；

所述图像中各流量计浮子顶端的像素级位置定位方法为：在阈值分割后的M1图像中对各流量计玻璃管中心位置处沿竖直方向扫描，若某一像素的像素值为0，而该像素上方像素的像素值为255，且该像素下方第5个像素的像素值为0，则认为该像素点为浮子的顶端，即该点为该流量计浮子顶端在图像中的像素级位置；

所述计算各流量计流过的总流体体积方法为：记录计算机采集并处理的该幅CCD相机图像与上一幅CCD相机图像进行处理的时间间隔t，本次记录前第j个流量计的总流体体积为 

Lj为第j个浮子流量计当前的流量读数，则记录后总流体体积为

。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述各流量计浮子顶端的亚像素位置计算方法为灰度矩亚像素边缘定位方法；

所述确定浮子顶端位置对应的读数值方法为线性插值法。 

Images