CN110470620A - 一种基于智能手机的透明液体识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于智能手机的透明液体识别方法，该方法利用现在已十分普及的智能手机自身的光学深度摄像头以及手机内部的光学传感器，在手机中安装识别APP，采集液体数据和RGB图像，并发送至APP；APP根据采集的液体数据分别计算水平方向和垂直方向的吸光度值，吸光度值与RGB图像，获取液体种类，计算液体浓度，液体高度；并将最终结果通过语音或屏幕显示单元通知用户。该方法无需与待测液体直接接触，即可完成对未知液体的识别任务，甚至可进一步识别液体内的各种成分含量。通过该方法可计算出的物理量包括液体的高度，液体种类，液体浓度，用户可根据需要随取随用，应用前景十分广阔。
Description
技术领域
本发明属于智能控制液体识别领域，具体涉及一种基于智能手机的透明液体识别方法。
背景技术
如今，随着生活节奏的不断加快和生活水平的提高，人们越来越追求身体的健康状态。而面对现在饮用品繁多的种类，以及商家对其产品夸大的宣传力度，消费者很难分辨自己所选饮品所含某些成分是否符合需求，比如糖尿病患者会在意饮品中的糖分是否会过高，健身的人群会在意饮品整体的热量是否会超标。除此之外，在许多娱乐场所，例如酒吧、KTV等，人们往往不容易掌握自己杯中所盛液体的真实种类，部分饮品从外表上看相近无异，想要直接通过肉眼分辨是很困难的。这会对消费者带来一定的困扰，严重者可能会造成对身体的危害，如酒精过敏患者误饮入了含酒精的饮品。
目前，实现液体种类的检测的技术只有以下几种，分别是近红外光法、光谱分析法以及高频率的无线电(如太赫兹)测量法，这些方法应用在不同的仪器上，构成了不同种类的液体识别仪器。比如有在实验室中专门使用的光谱仪等化学仪器或是商用的便携式液体成分识别仪。但实验室专用的仪器，体积庞大不能随身携带且费用较为昂贵；商用的便携式液体成分识别仪，功能单一，只能识别一到两种相近的液体成分如液体中含糖量；高频率的无线电现在还不能达到成熟的商用级别，并且费用也较高昂不能随取随用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于智能手机的透明液体识别方法，解决了现有技术中液体识别设备不方便携带、不能普及的问题。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种基于智能手机的透明液体识别方法，包括如下步骤：
步骤1、准备透明玻璃杯，测量透明玻璃杯的直径；
步骤2、将待测液体静置在玻璃杯内；
步骤3、通过预先安装在手机内的数据处理模块设置手机识别模式，使手机的光学摄像头和RGB摄像头处于运行状态；
步骤4、应用手机摄像头分别在水平方向和垂直方向采集液体数据和RGB图像，并发送至数据处理模块；
步骤5、数据处理模块根据采集的液体数据分别计算水平方向和垂直方向的吸光度值，并将吸光度值和RGB图像存入数据存储单元；
步骤6、根据水平方向吸光度值与RGB图像与数据库中存储的液体数据进行比对，获取液体种类，计算液体浓度，再根据垂直方向的吸光度值计算液体高度；
步骤7、将最终结果通过语音或屏幕显示单元通知用户。
步骤1中应用光学测距的方法计算透明玻璃杯的直径d，具体采用如下公式：
d＝C·t1/2，其中，C为光在真空中的传播速度，t1为从摄像头发射光到接收到返回光的时间差。
步骤3中的数据处理模块包括数据处理单元、输入输出端口、控制界面，其中，数据处理单元通过输入输出端口与手机控制模块连接，控制界面上显示控制选项以及最终识别结果，在控制界面上进行设置，选择为液体识别模式，手机控制模块接收到识别模式设置命令后，控制光学摄像头和RGB摄像头开始运行。
步骤5中水平方向的吸光度值A根据如下公式计算：
其中，It为水平方向返回的透射光光强，I0为水平方向入射光光强。
根据步骤6中获取的液体种类，得知该种液体的摩尔吸光系数K，并应用如下公式计算液体浓度c：
其中，K为液体摩尔吸光系数；d为透明玻璃杯直径；c为吸光液体浓度。
步骤5中垂直方向的吸光度值A1根据如下公式计算：
其中，It-1为垂直方向返回的透射光光强，I0-1为垂直方向入射光光强。
应用如下公式计算液体高度h：
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本方法只需要在手机上安装检测APP，按照操作步骤即可以完成液体的识别，没有应用场所限制，只要有手机终端或者其他具有深度摄像头的终端均可以，操作简单，普及率高。
2、不需要额外的硬件支持，仅利用现在已十分普及的智能手机自身的光学深度摄像头以及手机内部的光学传感器即可完成对未知液体的识别任务，甚至可进一步识别液体内的各种成分含量。
3、无需与待测液体直接接触，即可完成对未知透明液体识别，该识别过程中包括液体的高度，液体种类，液体浓度，使用户可根据需要随取随用，应用前景十分广阔。
附图说明
图1为本发明透明液体识别方法的流程图。
图2为本发明透明液体识别方法中的声学测距示意图。
图3为本发明透明液体识别方法中的光学测距示意图。
图4为本发明透明液体识别水平方向获取液体数据示意图。
图5为本发明透明液体识别垂直方向从下方获取液体数据示意图。
图6为本发明透明液体识别垂直方向从上方获取液体数据示意图。
其中，图中的标识为：1-透明玻璃杯；2-手机；3-遮挡物；4-声音传播方向；5-光通路方向；6-待测液体。
具体实施方式
为了解决现有技术中液体识别方法的不足之处，提供一种人人都可以方便操作的液体识别方法，该方法为软件级别的调用处理，不需要额外的硬件支持，仅利用现在已十分普及的智能手机自身的光学深度摄像头以及手机内部的光学传感器，在手机中安装识别APP即可完成对未知液体的识别任务，甚至可进一步识别液体内的各种成分含量，无需与待测液体直接接触，即可完成对未知透明液体识别，该识别过程中包括液体的高度，液体种类，液体浓度，使用户可根据需要随取随用，应用前景十分广阔。具体的方法如下：
一种基于智能手机的透明液体识别方法，包括如下步骤：
步骤1、准备透明玻璃杯，测量透明玻璃杯的直径；
步骤2、将待测液体静置在玻璃杯内；
步骤3、通过预先安装在手机内的数据处理模块设置手机识别模式，使手机的光学摄像头和RGB摄像头处于运行状态；
步骤4、应用手机摄像头分别在水平方向和垂直方向采集液体数据和RGB图像，并发送至数据处理模块；
步骤5、数据处理模块根据采集的液体数据分别计算水平方向和垂直方向的吸光度值，并将吸光度值和RGB图像存入数据存储单元；
步骤6、根据水平方向吸光度值与RGB图像与数据库中存储的液体数据进行比对，获取液体种类，计算液体浓度，再根据垂直方向的吸光度值计算液体高度；
步骤7、将最终结果通过语音或屏幕显示单元通知用户。
下面结合附图举例对本发明的结构及工作过程作进一步说明。
一种基于智能手机的透明液体识别方法，如图1所示，包括如下步骤：
步骤1、准备透明玻璃杯，测量透明玻璃杯的直径；测量透明玻璃杯的直径可通过声学测距，光学测距，手动输入等方法，声学测距应用示意图如图2所示，将手机2的麦克风对准空的透明玻璃杯1的外壁，使用不透光遮挡物3遮挡手机麦克风对面的杯壁，手机麦克风与遮挡物3之间的声音传播如图中的声音传播方向4，设置好硬件后即可通过声学测距方法测量透明玻璃杯直径。
光学测距示意图如图3所示，将手机2贴紧透明玻璃杯1的外壁放置，摄像头对准空的透明玻璃杯1的外壁，使用不透光遮挡物3遮挡手机摄像头对面的杯壁，手机摄像头与遮挡物3之间的光传播如图中的光通路方向5，设置好硬件后即可通过光学测距方法测量透明玻璃杯直径。应用光学测距的方法计算透明玻璃杯的直径d，具体采用如下公式：
d＝C·t1/2，其中，C为光在真空中的传播速度，t1为从摄像头发射光到接收到返回光的时间差。
步骤2、将待测液体6静置在透明玻璃杯内；置于透明玻璃杯中的透明液体保证光学传感器发出的近红外光能够穿透玻璃杯不被阻挡。
步骤3、通过预先安装在手机内的数据处理模块设置手机识别模式，使手机的光学摄像头和RGB摄像头处于运行状态；该实施例中数据处理模块为预先编程开发的APP，将APP安装在手机上，需要测试液体时，打开APP，选择“液体识别模式”，然后APP调用手机光学摄像头，对光学深度摄像头中的光学元件进行调制，调制其近红外光为液体识别波段，发出相应波段的光。控制单元启动光学深度摄像头和RGB摄像头，使其处于运行状态，用户可观测到手机相机已被打开。
步骤4、应用手机摄像头分别在水平方向和垂直方向采集液体数据和RGB图像，硬件之间的设置关系如图4至图6所示，将设置好的手机垂直桌面贴在玻璃杯外壁上，摄像头对准玻璃杯外壁，应用不透光材质物体遮挡光学摄像头对面的杯壁；光学摄像头采集液体数据，手机光学传感器接收光学数据及采集时间，RGB摄像头采集液体的RGB图像，并发送至数据处理单元；
将设置好的手机水平放置在玻璃杯底部，同时用不透光材质物体盖住杯顶，光学摄像头朝向杯顶，或者将设置好的手机水平放置在玻璃杯顶部，光学摄像头朝向杯顶，光学摄像头采集液体数据，手机光学传感器接收光学数据及采集时间，RGB摄像头采集液体的RGB图像，并发送至数据处理单元；该步骤中的液体数据包括：光学RGB摄像头获取的RGB图像与光学深度摄像头获取的数据。
所述的光学摄像头获取数据方式如下：光学深度摄像头开始运行，其中智能手机的深度摄像头中所含光学元件部分近红外摄像头发出近红外光，入射光穿过待测液体，然后返回由光学传感器接收，接收后的透射光数值由控制单元发送给计算单元；
步骤5、数据处理模块根据采集的液体数据分别计算水平方向和垂直方向的吸光度值，并将吸光度值和RGB图像存入数据存储单元，同时根据飞行时间再次估算透明玻璃杯的半径，进行校正，其中，水平方向的吸光度值A根据如下比尔朗伯公式计算：
其中，It为水平方向返回的透射光光强，I0为水平方向入射光光强；
垂直方向的吸光度值A1根据如下公式计算：
其中，It-1为垂直方向返回的透射光光强，I0-1为垂直方向入射光光强。
步骤6、根据水平方向吸光度值与RGB图像与数据库中存储的液体数据进行比对，获取液体种类，得知该种液体的摩尔吸光系数K，并应用如下公式计算液体浓度c：
其中，K为液体摩尔吸光系数；d为透明玻璃杯直径；c为吸光液体浓度。
再根据垂直方向的吸光度值，应用如下公式计算液体高度h：
步骤7、将最终结果通过语音或屏幕显示单元通知用户。
该实施例中的数据处理模块为预先编好程序的APP，包括数据处理单元、输入输出端口、控制界面，其中，数据处理单元通过输入输出端口与手机控制模块连接，控制界面上显示控制选项以及最终识别结果，在控制界面上进行设置，选择为液体识别模式，手机控制模块接收到识别模式设置命令后，控制光学摄像头和RGB摄像头开始运行。
本方法只需要在手机上安装检测APP，按照操作步骤即可以完成液体的识别，没有应用场所限制，只要有手机终端或者其他具有深度摄像头的终端均可以，操作简单，普及率高。
该技术仅利用现有的智能手机中现有的光学元件，对其进行软件级别的调用，不需要额外的硬件支持，无需与待测液体直接接触，即可完成对未知透明液体识别，该识别过程中包括液体的高度，液体种类，液体浓度，使用户可根据需要随取随用，应用前景十分广阔。
此外该技术还包括以一种基于智能手机的透明液体识别技术为基础的饮食分析推荐等扩展功能。
Claims (7)
1.一种基于智能手机的透明液体识别方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、准备透明玻璃杯，测量透明玻璃杯的直径；
步骤2、将待测液体静置在玻璃杯内；
步骤3、通过预先安装在手机内的数据处理模块设置手机识别模式，使手机的光学摄像头和RGB摄像头处于运行状态；
步骤4、应用手机摄像头分别在水平方向和垂直方向采集液体数据和RGB图像，并发送至数据处理模块；
步骤5、数据处理模块根据采集的液体数据分别计算水平方向和垂直方向的吸光度值，并将吸光度值和RGB图像存入数据存储单元；
步骤6、根据水平方向吸光度值与RGB图像与数据库中存储的液体数据进行比对，获取液体种类，计算液体浓度，再根据垂直方向的吸光度值计算液体高度；
步骤7、将最终结果通过语音或屏幕显示单元通知用户。
2.根据权利要求1所述的基于智能手机的透明液体识别方法，其特征在于：步骤1中应用光学测距的方法计算透明玻璃杯的直径d，具体采用如下公式：
d＝C·t1/2，其中，C为光在真空中的传播速度，t1为从摄像头发射光到接收到返回光的时间差。
3.根据权利要求1所述的基于智能手机的透明液体识别方法，其特征在于：步骤3中的数据处理模块包括数据处理单元、输入输出端口、控制界面，其中，数据处理单元通过手机的输入输出端口与手机控制模块连接，控制界面上显示控制选项以及最终识别结果；首先在控制界面上进行设置，选择为液体识别模式，手机控制模块接收到识别模式设置命令后，控制光学摄像头和RGB摄像头开始运行。
4.根据权利要求1所述的基于智能手机的透明液体识别方法，其特征在于：步骤5中水平方向的吸光度值A根据如下公式计算：
其中，It为水平方向返回的透射光光强，I0为水平方向入射光光强。
5.根据权利要求4所述的基于智能手机的透明液体识别方法，其特征在于：根据步骤6中获取的液体种类，得知该种液体的摩尔吸光系数K，并应用如下公式计算液体浓度c：
其中，K为液体摩尔吸光系数；d为透明玻璃杯直径；c为吸光液体浓度。
6.根据权利要求5所述的基于智能手机的透明液体识别方法，其特征在于：步骤5中垂直方向的吸光度值A1根据如下公式计算：
其中，It-1为垂直方向返回的透射光光强，I0-1为垂直方向入射光光强。
7.根据权利要求6所述的基于智能手机的透明液体识别方法，其特征在于：应用如下公式计算液体高度h：
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| CN111982752A (zh) * | 2020-08-19 | 2020-11-24 | 深圳大学 | 一种使用智能设备识别液体的方法和系统 |
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