CN105953850B - 基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测系统及方法，涉及通过测量流体流动的提升力而产生的液面高度装置技术领域。所述系统包括浮子流量计、视觉传感器、ARM+DSP双核处理器、无线信号收发器和上位机，浮子位于流量计待监测管道内，视觉传感器的镜头对准所述浮子流量计，用于采集所述浮子流量计的视觉信息；ARM+DSP双核处理器对所得视觉信息进行预处理并输出数字信号，所得信号经无线信号收发器传输至上位机进行处理。所述系统通过无线网络进行信息的传输，并通过无线网络自适应调节相机位置和流体流量，简化当前复杂的测量系统，并利用机器视觉技术来实现流量实时监测，测量方法简便、快捷、安全。

Description

基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测系统及方法

技术领域

本发明涉及通过测量流体流动的提升力而产生的液面高度装置技术领域，尤其涉及一种基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测系统及方法。

背景技术

在工业自动化生产现场，为实现快速有效的生产，提高生产的稳定性，增强生产线的安全保障，以及生产出更优质的产品，往往需要对流量进行精确测量，并实现自动调节和智能控制，从而使生产结果更加完善。

目前常用的流体小流量测量方法有差压法、吹气法和电容法等。现有测量方法在不同的应用场合要根据实际情况来设计完成相应的小流量传感器，该方法开发成本较高、周期较长。目前使用浮子流量计测量流体小流量方法还存在很多不足之处：机械式方法进行测量，测量精度低并且测量装置结构复杂，并且不易于远程控制。相机在测量现场长时间使用，易受环境影响，导致相机位置产生偏移。相机前后偏移会改变相机焦距导致成像模糊，而相机左右偏移会导致相机无法完整拍摄浮子流量计。同时电阻式和电容式方法测量，会增加转子重量，使测量精度受到影响，并且由于电阻式和电容式装置本身带有电，使得测量存在安全隐患。非接触式测量方法，如小波式测量，成本过高，不适合推广使用。

此外，国内外对浮子流量计的数据读取普遍采用有线通信方式进行数据传输。该方法测量装置较复杂，且目前的短距离管理测量对工作位置和环境有很大的局限性，难以满足流体小流量的智能化、远程化管理测量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测系统及方法，所述系统和方法通过无线网络进行信息的传输，并通过无线网络自适应调节相机位置和流体流量，简化当前复杂的测量系统。并利用机器视觉技术实现流量实时监测，达到远程流量实时监测与控制目的，此方法测量数据精度高，可靠性强，而且简便、快捷，安全，测量系统具有良好的环境适应能力，同时成本低。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测系统，其特征在于：包括浮子流量计、视觉传感器、浮子、ARM+DSP双核处理器、无线信号收发器和上位机，所述浮子位于流量计待监测管道内，用于检测管道内液体的流量，所述视觉传感器的镜头对准所述浮子流量计，用于采集所述浮子流量计的视觉信息；所采集视觉信息传输到ARM处理器，ARM做整个嵌入式系统，DSP系统对视觉信息预处理，并输出数字信号；输出数字信号经无线信号发射器通过无线网络与无线信号接收器进行数据传输，所述无线信号接收器的信号输出端与所述上位机的信号输入端连接，无线信号接收器将无线信号发射器发送来的浮子流量计视觉信息传输至上位机进行处理。

进一步的技术方案在于：所述检测系统还包括流量控制阀和相机位置控制电机，所述上位机根据处理后的浮子流量计信息控制流量控制阀和电机动作，所述流量控制阀位于待检测的管道上，所述电机位于相机三脚架支撑部位。

进一步的技术方案在于：所述上位机包括图像采集模块、图像处理模块和流体流量和相机位置监测模块，浮子流量计图像经图像采集模块转换后将图像传输给图像处理模块，运算出流体流量和相机位置数据后传输给流体流量和相机位置监测模块，控制上位机自适应调节流体流量和相机位置。

进一步的技术方案在于：所述图像采集模块包括图像显示窗口模块，所述图像显示窗口模块用于直接显示视觉传感器采集到的浮子流量计的实时图像信息，并存储在上位机中供图像处理模块调用，采用同一文件夹存储图像，每存储一幅图像覆盖上一幅图像。

本发明还公开了一种基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

1)视觉传感器采集浮子流量计的视觉信息，将视觉传感器采集到的浮子流量计图像通过ARM+DSP双核处理器进行预处理，并输出数字信号经无线信号发射器传送给无线信号接收器，无线信号接收器将浮子流量计的图像信息传送给上位机进行处理；

2)上位机首先粗略的提取出浮子流量计的图像，后通过寻找流量计边缘的方法定位流量计；再对图像信息中背景噪声滤除，通过开运算将图像中的高频噪点滤除，再次重新寻找浮子流量计边缘，精确定位浮子流量计，并计算出浮子流量计的位置；

3)将精确定位后的浮子流量计图像进行迭代阈值分割获取图像分割阈值，即将图像信息二值化，清晰显现出浮子流量计的浮子图像，并将浮子图像进行匹配，得到浮子在精确定位后的浮子流量计图像中的坐标，重新二值化流量计，计算出流量计刻度尺的尺寸；

4)上位机通过上述步骤2)-3)得到的各种数据，将数据传输给流量和相机监测模块。

进一步的技术方案在于：所述方法还包括上位机根据处理后的浮子流量计信息控制流量控制阀和相机位置控制电机动作的步骤。

进一步的技术方案在于：所述步骤2)中精确定位流量计的过程如下：

2-1)水平方向边缘检测使用差分边缘检测方法提取出浮子流量计图像；

2-2)对图像进行垂直方向边缘检测，精确提取浮子流量计图像，然后对精确提取的流量计图像先进行图像增强，再对图像中噪声滤波；

2-3)重新对图像进行水平和垂直方向边缘检测，重新定位流量计，并计算出浮子流量计的位置。

进一步的技术方案在于：步骤3)中:

3-1)为了防止光照不均导致流体小流量计图像难以处理问题，提出一种结合矩形框的加权均值算法，该方法能够准确地对光照不均图像进行二值化处理；

3-2)对二值图像运用图像匹配技术，将待检测浮子图像和模板区域进行完整像素匹配，获取浮子所在区域；

3-3)再次用以上方法二值化精确定位流量计，使流量计的刻度尺清晰地显现出来，从而计算出流量计刻度尺的尺寸，得到精确的流体流量位置数据。

进一步的技术方案在于：上位机内设有图像处理模块和流量和相机位置监测模块，图像处理模块处理图像得到流体流量和流量计位置数据后，将数据传输给流量和相机位置监测模块，进行如下操作：

根据图像处理模块传输来的流体流量数据，绘制流量曲线图；

对流体流量进行动态监控、预报；

当检测的流体小流量和流量计位置不满足要求时，上位机将信号传输至现场控制器，现场控制器通过无线网络控制流量控制阀和电机，自适应调节流体流量和相机前后左右位置，或启动报警装置，等待人工处理。

进一步的技术方案在于：运用图像匹配方法中的最大互相关法来确定匹配点位置，得到浮子在精确定位流量计图像中的坐标[X，Y]；最大互相关算法是利用浮子的子图像在目标图像，即精确定位流量计图像中按照一定的顺序进行搜寻，找到图像最匹配的坐标，得到最优解；浮子的子图像由初次使用时，精确定位由视觉传感器采集到的浮子流量计图像中的浮子图像；

由最大互相关法算出的坐标[X，Y]为浮子图像最后一行最右边的点在精确定位浮子流量计图像上所对应的坐标，而浮子流量计刻度的读取是浮子图像第一行在精确定位流量计图像上所指向的刻度，浮子在精确定位图像中所读取的刻度纵坐标为由最大互相关法算出的纵坐标Y减去浮子的高H，即Y-H；

采用在指定列找点的方法，找到刻度线，计算出流量计刻度尺的尺寸，步骤如下：

取精确定位流量计后的图像长n的一半取整后值k为计算刻度尺尺寸用的列坐标；

二值化后的精确定位流量计图像中流量计的刻度尺，背景为白色，刻度线为黑色，在该图像的第k列，自上而下搜索黑点，搜索到的第一个黑点的位置(X1，Y1)是流量计刻度尺上的最高的一根刻度线的位置，该坐标值的纵坐标Y1是该点自上而下数的行数，即流量计刻度尺上的最高的一根刻度线的纵坐标high＝Y1；

同理，自下而上搜索到的第一个黑点的位置(X2，Y2)是流量计刻度尺上的最低的一根刻度线的位置，该坐标值的纵坐标Y2依然是该点自上而下数的行数，即流量计刻度尺上的最低一根刻度线的纵坐标low＝Y2；

最低一根刻度线的行数大于最高一根刻度线的行数，计算流量计刻度尺的尺寸h＝low-high；

上述所计算出的浮子在精确定位图中所读取的刻度纵坐标(Y-H)为自上而下的行数，而流量计刻度的读取是自下而上的，所以流量计流量应为：low-(Y-H)；

通过以上步骤得到的数据：浮子进行图像匹配得到的在精确定位流量计图像中，所指向的流体流量[low-(Y-H)]和精确定位流量计图像中的流量计刻度尺尺寸h，经计算得到浮子占流量计刻度尺的百分比percent，计算公式为：

percent＝{[(low-(Y-H)]/h}*100；

流量计的量程L乘以浮子占流量计刻度尺的百分比percent即为流体流量，计算式为：L*{[(low-(Y-H)]/h}*100。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明将机器视觉应用到浮子流量计流体小流量测量，该系统通过使用无线通讯模块在浮子流量计周边建立无线局域网，采用无线模块对浮子流量计进行信息通讯，上位机通过无线传输模块与执行机构进行信息传递，并且各个无线传输模块构成无线局域网，起中继通讯作用，，实现各个无线传输模块之间相互通讯。该系统通过视觉传感器自动采集液位信息，使用机器视觉方法对图像进行分析处理，实时准确定位流量计与浮子位置，快速显示流量数据，避免工作人员在现场操作的危险性。上位机设置了实时监测模块，上位机通过实时图像处理结果显示以便工作人员对流体流量和相机位置进行实时监测。确保在遇到紧急情况时，可远程直接操作浮子流量计和相机消除流量测量误差，实现扩大流量计的工作范围，使其适应各种恶劣的工作环境。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是基于机器视觉的流体流量测量装置示意图；

图2基于机器视觉的流体小流量检测方法工作流程示意图；

其中：1、浮子流量计 2、视觉传感器 3、浮子 4、ARM+DSP双核处理器 5、无线信号收发器 6、上位机。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本发明公开了一种基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测系统，包括浮子流量计1、视觉传感器2、浮子3、ARM+DSP4、无线信号收发器5(包括无线信号接收器和无线信号发射器)、上位机6，执行机构包括流量控制阀和相机位置控制电机。所述流量计浮子3位于待监测的管道内，用于检测管道内液体的流量，所述视觉传感器2的镜头对准所述浮子流量计1，用于采集所述浮子流量计1的视频图像信息；将所采集视觉信息输入到ARM处理器，ARM做整个嵌入式系统，ARM核运行Linux系统，DSP处理器对图像预处理并输出数字信号。所述ARM处理器上设有无线信号发射器，ARM处理器的信号输出端与所述无线信号发射器的信号输入端连接，无线信号发射器通过无线网络与所述无线信号接收器进行数据传输。所述无线信号接收器的信号输出端与所述上位机6的信号输入端连接，无线信号接收器将无线信号发射器发送来的浮子流量计视频图像信息传输至上位机6进行处理，产生4-20mA,1-5V的信号，运算出流体流量数据和浮子流量计位置数据后传输给流体流量和相机监测模块并显示流量数据。所述上位机6根据处理后的浮子流量计信息控制流量控制阀和相机位置控制电机动作，所述流量控制阀位于待检测的管道上，所述电机位于相机三脚架支撑部分。所述流量控制阀和电机上安装有芯片，芯片内包括WiFi模块，上位机根据图像处理做的数据产生控制指令，通过WiFi控制流量阀的松紧和电机的正反转，分别使流量上升下降和相机前后左右位置自适应调整。

本发明采用同一文件夹存储图像，每存储一幅图像都会覆盖上一幅图像，本方法不但节省了内存，而且使供图像处理模块调用的流体流量计图像反映的是最新的流体流量数据，使流体流量测量具有实时性,流体小流量数据更可靠、准确。

相应的，本发明还公开了一种基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测方法，所述方法包括如下步骤：

1)视觉传感器2采集浮子流量计1的视频图像，将视觉传感器采集到的浮子流量计图像经过ARM+DSP双核处理器预处理后，通过无线信号发射器传送给无线信号接收器5，无线信号接收器5将浮子流量计的图像信息传送给上位机6进行处理；

2)上位机首先通过水平方向和垂直方向边缘检测，并计算流量计边界，提取出浮子流量计的图像；再对图像信息进行滤波，再次重新寻找浮子流量计边缘，精确定位浮子流量计，并计算出浮子流量计的位置；

所述的精确定位流量计的过程如下：

2-1)当灰度图像的灰度值发生突变时产生边缘，反映了图像的轮廓信息，水平方向边缘检测使用差分边缘检测方法提取出浮子流量计图像；

2-2)对图像进行垂直方向边缘检测，精确提取浮子流量计图像，然后对精确提取的流量计图像先进行图像增强，再对图像滤波，滤波方法基于Curvelet变换滤除噪声，配合开运算，该方法对不同的尺度层分别计算阈值，能够有效去除噪声的同时保存流体小流量计刻度线信息；

2-3)重新对图像进行水平和垂直方向边缘检测，重新定位流量计，并计算出浮子流量计的位置。

3)将精确定位后的浮子流量计图像进行迭代阈值分割获取图像分割阈值，能够清晰显现出浮子图像，并将浮子图像进行匹配，得到浮子在精确定位后的浮子流量计图像中的坐标，重新二值化流量计，计算出流量计刻度尺的尺寸；

3-1)为了防止光照不均导致流体小流量计图像难以处理问题，提出一种结合矩形框的加权均值算法，该方法能够准确地对光照不均图像进行二值化处理。

3-2)对二值图像运用图像匹配技术，将待检测浮子图像和模板区域进行完整像素匹配，即将浮子所在区域所有像素进行像素匹配，获取浮子所在区域。

3-3)再次用以上方法二值化精确定位流量计，使流量计的刻度尺清晰地显现出来，从而计算出流量计刻度尺的尺寸，得到精确的流体流量数据。

4)上位机通过上述步骤2)-3)得到的各种数据，经计算得到流体的流量信息和相机位置信息；

上位机内设有图像处理模块与流量和相机位置监测模块，图像处理模块读取到流体流量和相机位置数据后，将数据传输给流量和相机位置监测模块，进行如下操作：

根据图像处理模块传输来的流体流量和相机位置数据，绘制流量曲线图；

根据流体流量和相机位置信息，对流体流量和相机位置进行动态监控、预报；

当检测的流体小流量不满足要求时，上位机将信号传输给现场控制器，现场控制器通过无线网络产生流量阀控制指令，远程自适应调节流量控制阀控制流量，或启动报警装置，等待人工处理。

当检测的流体小流量和相机位置不满足要求时，上位机将信号传输给现场控制器，现场控制器通过无线网络产生流量阀和电动机控制指令，远程自适应调节流量控制阀控制流量，同时自适应调节正反转电机控制相机位置，或启动报警装置，等待人工处理。

本发明采用二维FFT算法对视觉传感器采集到的图像进行流量计精确定位，截取出用于读取流量数据的流量计图像。二维FFT算法可以利用子图内算法前一步计算结果进行迭代计算，减少了乘法运算次数，并且该算法定位所需时间不会随模板大小变化而变化，从而提高了定位速度。

精确定位流量计后的图像尺寸为：宽m,长n。

在自然条件下拍摄的浮子流量计图像，由于光照强度、阴影、周围环境等的影响会有大量的噪声，同时图像在传输的过程中由于传输信息通道的干扰也会产生噪声，为了从图像中识别流体流量就必须对原始图像进行处理。本发明通过滤波、增强、开运算等图像处理方法处理精确定位流量计图像，将各种影响流体流量测量的噪声去掉，能够有效地避免光照颜色等易变化的外界因素对流体流量测量数据准确性的影响。

本发明采用非线性平滑滤波器中的中值滤波器处理图像，使在不损坏图像细节的同时滤除图像中的噪声。

本发明采用直方图均衡化的方法来增加像素灰度值的动态范围，从而增强图像整体对比度，达到图像增强的效果。

用视觉传感器实时采集的图像由于光照强度变化等原因，会存在灰度级变换，如果采用固定阈值处理法确定阈值，根据光照强度的不同易发生大面积为黑或白现象。本发明采用动态阈值处理法中的移动平均法动态的确定阈值，避免了固定阈值法在易发生灰度级变化的图像中的缺陷。移动平均法是通过比较某像素的灰度级与其邻域的局部平均值来进行二值化的方法。

本发明采用图像匹配技术，读取流体流量数据。运用图像匹配技术中的最大互相关法来确定匹配点位置，得到浮子在精确定位流量计图像中的坐标[X,Y]。最大互相关算法是利用浮子的子图像在目标图像，即精确定位流量计图像中按照一定的顺序进行搜寻，找到图像最匹配的坐标，得到最优解。浮子的子图像由初次使用本装置时，手动截取由摄像头采集到的流量计图像中的浮子图像。当改变本装置测量的流量计型号时，应重新设定浮子的子图像。

由最大互相关法算出的坐标[X,Y]为浮子图像最后一行最右边的点在精确定位流量计图像上所对应的坐标，而流量计刻度的读取应是浮子图像第一行在精确定位流量计图像上所指向的刻度，浮子在精确定位图像中所读取的刻度纵坐标为由最大互相关法算出的纵坐标Y减去浮子的高H,即Y-H；

本发明采用在指定列找点的方法，找到刻度线，计算出流量计刻度尺的尺寸。步骤如下：

取精确定位流量计后的图像长n的一半取整后值k为计算刻度尺尺寸用的列坐标二值化后的精确定位流量计图像中流量计的刻度尺，背景为白色，刻度线为黑色。在该图像的第k列，自上而下搜索黑点，搜索到的第一个黑点的位置(X1,Y1)就是流量计刻度尺上的最高的一根刻度线的位置，该坐标值的纵坐标Y1是该点自上而下数的行数，即流量计刻度尺上的最高的一根刻度线的纵坐标high＝Y1；

同理，自下而上搜索到的第一个黑点的位置(X2,Y2)就是流量计刻度尺上的最低的一根刻度线的位置，该坐标值的纵坐标Y2依然是该点自上而下数的行数，即流量计刻度尺上的最低一根刻度线的纵坐标low＝Y2；

由于程序是自上而下逐行扫描，所以最低一根刻度线的行数大于最高一根刻度线的行数，计算流量计刻度尺的尺寸h＝low-high；

VC++2008软件是从上直下一行一行扫描，上述所计算出的浮子在精确定位图中所读取的刻度纵坐标(Y-H)为至上而下的行数，而我们流量计刻度的读取是自下而上的，所以流量计流量应为：low-(Y-H)；

通过以上步骤取得的数据：浮子进行图像匹配得到的在精确定位流量计图像中所指向的流体流量[low-(Y-H)]和精确定位流量计图像中的流量计刻度尺尺寸h，经计算得到浮子占流量计刻度尺的百分比percent。计算公式为：

percent＝{[(low-(Y-H)]/h}*100

流量计的量程L乘以浮子占流量计刻度尺的百分比percent即为流体流量，计算式为：L*{[(low-(Y-H)]/h}*100；

为能够快速读取流体流量数据，实现实时性，本发明将以上opencv程序代码制作成动态链接库DLL。本发明将opencv程序代码制作成动态链接库DLL，VC++程序直接调用，程序运行速度快。

本发明运用动态链接库DLL，使流体流量测量在VC++平台下进行。VC++具有较高的运算速度，能够实现连续且快速地读取浮子在流量计中的位置，并且能够迅速地绘制并显示出视觉传感器实时采集到的图片中的流体流量曲线图。工作人员从流体流量曲线图中方便、直观的读取流体流量，并可以通过观察流体流量曲线图中的曲线趋势，简便、正确地预知流体流量，从而更好的控制流体流量，实现流体流量的稳定性。

在实际生产中，当所需流体流量不发生变化时，该装置可自动监测流体流量。上位机可根据流体流量曲线图中曲线的斜率来判断，流体流量是否处于稳定状态。当流体流量没有发生变化或变化较小时，斜率约等于零；当流体流量发生剧烈变化时，斜率会变大。根据实际生产情况，制定流体流量变化安全范围，并计算出流体流量曲线图中曲线对应的斜率。当实际流量超过流体流量变化安全范围时，实际流体流量曲线图中曲线的斜率会超出流体流量变化安全范围所对应的斜率，下位机自动调节流体流量控制阀，或启动报警装置，等待人工处理。流量的动态监控、预报，可以及时发现事故尤其是突发事故先兆，迅速做出反应，实时给与决策支持并实施自动控制，为生产生活提供安全保障。

用浮子流量计测量流体流量有时会产生突发性测量误差，由流体流量计所测得的流体流量数据绘制出的流体流量曲线图中的流体流量曲线易存在脉冲式噪声，可采用中值滤波方法去除脉冲式噪声，平滑流体流量曲线。

绘制好的流体流量曲线图可做保存，便于操作人员查阅。流体流量曲线图具有内存小，信息量大的特征，并可以方便直观的观察流体流量情况。

本发明将机器视觉应用到浮子流量计流体小流量测量，该系统通过使用无线通讯模块在浮子流量计周边建立无线局域网，采用无线模块对浮子流量计进行信息通讯，上位机通过无线传输模块与执行机构进行信息传递，并且各个无线传输模块构成无线局域网，起中继通讯作用，实现各个无线传输模块之间相互通讯。该系统通过视觉传感器自动采集液位信息，使用机器视觉方法对图像信息进行分析处理，实时准确定位流量计与浮子位置，快速显示流量数据，避免工作人员在现场操作的危险性。上位机设置了实时监测模块，上位机通过实时图像处理结果显示以便工作人员对流体流量进行实时监控，以便在遇到紧急情况时，可远程直接操作浮子流量计消除流量误差，实现扩大流量计的工作范围，使其适应各种恶劣的工作环境。

Claims (9)

1.一种基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测系统，其特征在于：包括浮子流量计(1)、视觉传感器(2)、浮子(3)、ARM+DSP双核处理器(4)、无线信号收发器(5)和上位机(6)，所述浮子(3)位于流量计待监测管道内，用于检测管道内液体的流量，所述视觉传感器(2)的镜头对准所述浮子流量计(1)，用于采集所述浮子流量计(1)的视觉信息；所采集视觉信息传输到ARM处理器，ARM做整个嵌入式系统，DSP系统对视觉信息预处理，并输出数字信号；输出数字信号经无线信号发射器通过无线网络与无线信号接收器进行数据传输，所述无线信号接收器的信号输出端与所述上位机(6)的信号输入端连接，无线信号接收器将无线信号发射器(5)发送来的浮子流量计视觉信息传输至上位机(6)进行处理；

上位机(6)首先粗略的提取出浮子流量计(1)的图像，后通过寻找流量计边缘的方法定位流量计；再对图像信息中背景噪声滤除，通过开运算将图像中的高频噪点滤除，再次重新寻找浮子流量计边缘，精确定位浮子流量计，并计算出浮子流量计的位置；所述精确定位流量计的过程如下：

首先，水平方向边缘检测使用差分边缘检测方法提取出浮子流量计图像；然后，对图像进行垂直方向边缘检测，精确提取浮子流量计图像，然后对精确提取的流量计图像先进行图像增强，再对图像中噪声滤波；最后，重新对图像进行水平和垂直方向边缘检测，重新定位流量计，并计算出浮子流量计的位置。

2.如权利要求1所述的基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测系统，其特征在于：所述检测系统还包括流量控制阀和相机位置控制电机，所述上位机(6)根据处理后的浮子流量计信息控制流量控制阀和电机动作，所述流量控制阀位于待检测的管道上，所述电机位于相机三脚架支撑部位。

3.如权利要求1所述的基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测系统，其特征在于：所述上位机(6)包括图像采集模块、图像处理模块和流体流量和相机位置监测模块，浮子流量计图像经图像采集模块转换后将图像传输给图像处理模块，运算出流体流量和相机位置数据后传输给流体流量和相机位置监测模块，控制上位机自适应调节流体流量和相机位置。

4.如权利要求3所述的基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测系统，其特征在于：所述图像采集模块包括图像显示窗口模块，所述图像显示窗口模块用于直接显示视觉传感器采集到的浮子流量计的实时图像信息，并存储在上位机中供图像处理模块调用，采用同一文件夹存储图像，每存储一幅图像覆盖上一幅图像。

5.一种基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：

1)视觉传感器(2)采集浮子流量计(1)的视觉信息，将视觉传感器采集到的浮子流量计图像通过ARM+DSP双核处理器进行预处理，并输出数字信号经无线信号发射器传送给无线信号接收器，无线信号接收器将浮子流量计的图像信息传送给上位机(6)进行处理；

2)上位机(6)首先粗略的提取出浮子流量计(1)的图像，后通过寻找流量计边缘的方法定位流量计；再对图像信息中背景噪声滤除，通过开运算将图像中的高频噪点滤除，再次重新寻找浮子流量计边缘，精确定位浮子流量计，并计算出浮子流量计的位置；所述步骤2)中精确定位流量计的过程如下：

2-1)水平方向边缘检测使用差分边缘检测方法提取出浮子流量计图像；

2-2)对图像进行垂直方向边缘检测，精确提取浮子流量计图像，然后对精确提取的流量计图像先进行图像增强，再对图像中噪声滤波；

2-3)重新对图像进行水平和垂直方向边缘检测，重新定位流量计，并计算出浮子流量计的位置；

3)将精确定位后的浮子流量计图像进行迭代阈值分割获取图像分割阈值，即将图像信息二值化，清晰显现出浮子流量计的浮子(3)图像，并将浮子图像进行匹配，得到浮子在精确定位后的浮子流量计图像中的坐标，重新二值化流量计，计算出流量计刻度尺的尺寸；

4)上位机通过上述步骤2)-3)得到的各种数据，将数据传输给流量和相机监测模块。

6.如权利要求5所述的基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测方法，其特征在于：

所述方法还包括上位机根据处理后的浮子流量计信息控制流量控制阀和相机位置控制电机动作的步骤。

7.如权利要求5所述的基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测方法，其特征在于，步骤3)中:

3-1)为了防止光照不均导致流体小流量计图像难以处理问题，提出一种结合矩形框的加权均值算法，该方法能够准确地对光照不均图像进行二值化处理；

3-2)对二值图像运用图像匹配技术，将待检测浮子图像和模板区域进行完整像素匹配，获取浮子所在区域；

3-3)再次用以上方法二值化精确定位流量计，使流量计的刻度尺清晰地显现出来，从而计算出流量计刻度尺的尺寸，得到精确的流体流量位置数据。

8.如权利要求5所述的基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测方法，其特征在于，上位机内设有图像处理模块和流量和相机位置监测模块，图像处理模块处理图像得到流体流量和流量计位置数据后，将数据传输给流量和相机位置监测模块，进行如下操作：

根据图像处理模块传输来的流体流量数据，绘制流量曲线图；

对流体流量进行动态监控、预报；

当检测的流体小流量和流量计位置不满足要求时，上位机将信号传输至现场控制器，现场控制器通过无线网络控制流量控制阀和电机，自适应调节流体流量和相机前后左右位置，或启动报警装置，等待人工处理。

9.如权利要求7所述的基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测方法，其特征在于：

运用图像匹配方法中的最大互相关法来确定匹配点位置，得到浮子在精确定位流量计图像中的坐标[X，Y]；最大互相关算法是利用浮子的子图像在目标图像，即精确定位流量计图像中按照一定的顺序进行搜寻，找到图像最匹配的坐标，得到最优解；浮子的子图像由初次使用时，精确定位由视觉传感器采集到的浮子流量计图像中的浮子图像；

由最大互相关法算出的坐标[X，Y]为浮子图像最后一行最右边的点在精确定位浮子流量计图像上所对应的坐标，而浮子流量计刻度的读取是浮子图像第一行在精确定位流量计图像上所指向的刻度，浮子在精确定位图像中所读取的刻度纵坐标为由最大互相关法算出的纵坐标Y减去浮子的高H，即Y-H；

采用在指定列找点的方法，找到刻度线，计算出流量计刻度尺的尺寸，步骤如下：

取精确定位流量计后的图像长n的一半取整后值k为计算刻度尺尺寸用的列坐标；

二值化后的精确定位流量计图像中流量计的刻度尺，背景为白色，刻度线为黑色，在该图像的第k列，自上而下搜索黑点，搜索到的第一个黑点的位置(X1，Y1)是流量计刻度尺上的最高的一根刻度线的位置，该坐标值的纵坐标Y1是该点自上而下数的行数，即流量计刻度尺上的最高的一根刻度线的纵坐标high＝Y1；

同理，自下而上搜索到的第一个黑点的位置(X2，Y2)是流量计刻度尺上的最低的一根刻度线的位置，该坐标值的纵坐标Y2依然是该点自上而下数的行数，即流量计刻度尺上的最低一根刻度线的纵坐标low＝Y2；

最低一根刻度线的行数大于最高一根刻度线的行数，计算流量计刻度尺的尺寸h＝low-high；

上述所计算出的浮子在精确定位图中所读取的刻度纵坐标(Y-H)为自上而下的行数，而流量计刻度的读取是自下而上的，所以流量计流量应为：low-(Y-H)；

通过以上步骤得到的数据：浮子进行图像匹配得到的在精确定位流量计图像中，所指向的流体流量[low-(Y-H)]和精确定位流量计图像中的流量计刻度尺尺寸h，经计算得到浮子占流量计刻度尺的百分比percent，计算公式为：

percent＝{[(low-(Y-H)]/h}*100；

流量计的量程L乘以浮子占流量计刻度尺的百分比percent即为流体流量，计算式为：L*{[(low-(Y-H)]/h}*100。