CN110501311B - 一种油烟浓度检测装置及该装置的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种油烟浓度检测装置，包括激光发射器，其特征在于：还包括毛玻璃和光学衍射元件，在激光发射的路径上，所述毛玻璃和光学衍射元件依次设置在激光发射器的下游，所述油烟浓度检测装置还包括用于拍摄激光发射器发射出的激光经过毛玻璃和光学衍射元件后形成的散斑图像的CCD相机。还公开了一种如上所述的油烟浓度检测装置的检测方法，以及一种应用有上所述的油烟浓度检测装置的吸油烟机。通过CCD相机拍摄激光散斑图像，可进行一个区域内的油烟浓度检测，得到油烟在空间内的浓度分布，检测可靠性高。

Description

一种油烟浓度检测装置及该装置的检测方法

技术领域

本发明涉及传感技术，尤其是一种油烟浓度检测装置，该装置的检测方法，以及应用有该检测装置的吸油烟机。

背景技术

现有吸油烟机的风量调节一般都是通过手动切换档位的方式来实现。然而在烹饪过程中，当油烟较多时，用户可能会忘记或者双手不便切换至高风量的档位，导致吸油烟机风量不够，大量油烟从吸油烟机的左右两侧漏跑，造成吸油烟效果不佳。

为此，也已有了一些通过检测油烟浓度自动控制风机系统转速的方法。常用的一种油烟浓度检测装置，即采用激光检测的方式。如申请号为201810306630.X的中国专利公开的一种激光散射油烟监测仪，包括机身，机身内部设置有激光光源、分光镜、第一光接收器、第二光接收器，输出处理器；激光光源用于发射激光光束；分光镜用于将激光光束分成检测光束和校正光束；机身一端开口，监测仪工作时，检测光束从开口射出；第一光接收器用于接收散射光，并将散射光转换成第一电信号，散射光由检测光束照射排烟管道内的油烟而形成；第二光接收器用于接收校正光束，并将校正光束转换成第二电信号；输出处理器，用于根据所述第一电信号和第二电信号计算出排烟管道内的油烟浓度。这种检测装置，只能进行单点检测，可靠性不高，因此还有待进一步改进。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术存在的不足，提供一种油烟浓度检测装置，能提高检测的可靠性。

本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种上述油烟浓度检测装置的检测方法。

本发明所要解决的第三个技术问题是提供一种应用有上述油烟浓度检测装置的吸油烟机。

本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种油烟浓度检测装置，包括激光发射器，其特征在于：还包括毛玻璃和光学衍射元件，在激光发射的路径上，所述毛玻璃和光学衍射元件依次设置在激光发射器的下游，所述油烟浓度检测装置还包括用于拍摄激光发射器发射出的激光经过毛玻璃和光学衍射元件后形成的散斑图像的CCD相机。

进一步地，还包括用于处理CCD相机拍摄的图像的处理器。

本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种如上所述的油烟浓度检测装置的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

1)选取参考平面，得到该参考平面上的参考图像：所述激光发射器和CCD相机布置在同一基准平面，所述参考平面与基准平面平行、并且距离为H；将所述CCD相机拍摄的、激光发射器发出的激光在参考平面上的散斑图像作为参考图像；

2)油烟开始产生，每间隔一定时间t，所述CCD相机拍摄一张检测区域内激光散斑的实时图像；

3)在实时图像和参考图像的同一相对位置设置一个坐标系，在实时图像上选取m*m像素点的匹配块，m为像素点的数量，该匹配块的中心位置为匹配点；用该匹配块在参考图像对应坐标范围内进行搜索，找到与该匹配块最匹配的同样大小的像素块，该像素块的中心位置具有与匹配点最匹配的像素点，根据该最匹配的像素点在参考图像中的坐标位置、与实时图像中匹配点的坐标位置的差值，计算出实时图像的横向偏移量n；

4)将步骤3)得到的横向偏移量n代入公式：Dis＝L*H*f/(H*p*n+L*f)中，其中Dis为匹配点的空间深度，L为所述激光发射器和CCD相机之间的距离，f为CCD相机焦距，p为像素格宽度，得到实时图像中匹配点的空间深度，深度越小，表示油烟量越大。

为提高检测结果的可靠性，在步骤3)中，选择不同坐标的匹配块，由此得到检测区域内不同的匹配点的深度，从而得到该检测区域内油烟在空间内的浓度分布。

本发明解决上述第三个技术问题所采用的技术方案为：一种应用有上所述的油烟浓度检测装置的吸油烟机，包括吸油烟机主体，所述油烟浓度检测装置设置在吸油烟机主体前侧，其特征在于：所述吸油烟机主体包括由油烟浓度检测装置检测到的油烟浓度控制转速的风机。

优选的，所述吸油烟机主体包括壳体和设置在壳体前侧的面板，所述油烟浓度检测装置设置在面板上，所述风机设置在壳体内。

优选的，为适配常用的双眼灶，所述油烟浓度检测装置具有两个、左右间隔布置，所述风机也具有两个、左右间隔地并联设置。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过CCD相机拍摄激光散斑图像，可进行一个区域内的油烟浓度检测，得到油烟在空间内的浓度分布，检测可靠性高；检测装置安装于烟道外，更易清洁和防止油污堆积对结果造成干扰(用户只需擦拭玻璃面板外侧即可)；左右分别检测，根据油烟浓度进行动力分配，使综合吸油烟效果最佳。

附图说明

图1为本发明实施例的吸油烟机的应用状态示意图；

图2为本发明实施例的吸油烟机的应用状态侧视图；

图3为本发明实施例的吸油烟机的油烟浓度检测装置示意图；

图4为本发明实施例的吸油烟机的油烟浓度检测装置检测原理图；

图5为本发明实施例的吸油烟机的油烟浓度检测装置检测示意图；

图6为本发明实施例的吸油烟机在油烟量小的情况下的检测示意图；

图7为本发明实施例的吸油烟机在油烟量大的情况下的检测示意图；

图8为本发明实施例的吸油烟机隐藏面板和油烟检测装置的示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

参见图1和图8，一种吸油烟机，为侧吸式吸油烟机，包括吸油烟机主体1和设置在吸油烟机主体1上的油烟浓度检测装置2。为便于描述，在本说明书中，“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”是指吸油烟机使用时相对使用者的方向。

吸油烟机主体1包括壳体11、设置在壳体11内的风机12和设置在壳体11前侧的面板13，面板13上开设有进风口14。油烟浓度检测装置2设置在面板13上。在本实施例中，主要针对双眼灶的灶具100，因此，油烟浓度检测装置2具有左右间隔布置的两个，分别与其中一个灶头200对应，相应地，风机12也具有两个，两个风机12左右间隔地并联设置，分别与其中一个灶头200对应。

参见图2和图3，在本实施例中，油烟浓度检测装置2包括激光发射器21、毛玻璃22、光学衍射元件23、CCD相机24(图像感应单元)以及处理器25，毛玻璃22和光学衍射元件23设置在激光发射器21发射的激光路径上，并且毛玻璃22位于激光发射器21的下游，光学衍射元件23位于毛玻璃22的下游。激光发射器21发射的平行光束透过毛玻璃22形成随机干涉散斑，再透过光学衍射元件23，将随机散斑赋予既定的共同形状特征。在烹饪过程中，随机散斑通过光学衍射元件23，按照预先设定好的激光发射角度发射至烹饪区域上方，此时可通过以下方式评估油烟量的大小：当油烟量大时，光学散斑会更早接触到油烟，因此更早被散射；利用激光散斑的分布随距离呈现出的规律性变化，可以检测出散斑被散射的高度。也就是说，激光散斑高度越小，油烟浓度越大，参见图6和图7。

利用激光散斑检测的原理为：参见图2和图4，B为激光发射器21的位置，A为CCD相机24的位置，CE为参考平面P0，CCD相机24(激光发射器21)所在基准平面P1与参考平面P0平行。BC为激光发射器21发射的光线，照射到参考平面P0上时，反射光线在CCD相机24成像面P2上落到参考成像点F，当空间中有一遮挡点D时，光线BC将被遮挡点D反射，在CCD相机24成像面P2上落到实际成像点G。这时，遮挡点D的深度信息，就可以通过光线BC在参考平面P0和实际反射后在成像面的偏移量GF进行推导计算。

已知激光发射器21和CCD相机24距离为AB＝L，CCD相机24焦距为f，成像面P1上成像点偏移量为GF＝p*n，p为像素格实际宽度(为选定的CCD相机24自身的参数)，n为偏移的像素格量，参考平面P0与CCD相机24所在基准平面P1之间的距离为H，遮挡点D为实时图像中参考点，则遮挡点D在空间内的深度值Dis可通过下式计算得出：

Dis＝L*H*f/(H*p*n+L*f)

具体地，利用上述油烟浓度检测装置2的检测方法，参见图4和图5，包括如下步骤：

1)选取参考平面P0，得到该参考平面P0上的参考图像Q1：根据侧吸式油烟机的工作高度，以及油烟浓度检测装置2的位置可知，我们需要检测的空间深度H为0mm-500mm；为了方便进行对比，选择H＝500mm的平面作为参考平面P0，参考平面P0位于吸油烟机主体1的前侧，并且与激光发射器21和CCD相机24所在基准平面P1平行；在油烟浓度检测装置2的处理器25中内置一副CCD相机24拍摄的激光发射器21发出的光线在参考平面P0上的散斑图像作为参考图像Q1(参考平面P0如可通过布置板件形成)；因深度摄像头像素越高，图像数据量越大，数据处理时间越长，根据市场上机器人，无人机避障等研究中摄像头的选型，在本发明中选择320*240分辨率的CCD相机24即可满足要求；

2)吸油烟机主体1开始工作，每间隔一定时间t，如10s，拍摄一张检测区域内激光散斑的实时图像Q2(P3为该拍摄到的油烟所在平面)，此时由于有油烟的存在，因此实时图像Q2与CCD相机24的距离实际上是小于参考图像Q1与CCD相机24之间的距离的；

3)处理器25在实时图像Q2和参考图像Q1的同一相对位置设置一个坐标系，例如将坐标系原点设置在每个图像左下角第一个像素点上，在实时图像Q2正中间选取m*m像素点的匹配块Q4，m为像素点的数量，在本实施例中，如选取为m＝31，参见图5中左侧实时图像Q2内虚线框所选定的范围即为匹配块Q4，该匹配块Q4的中心位置像素点为匹配点A2；用该匹配块Q4在参考图像Q1对应坐标范围内进行搜索，找到与该匹配块Q4最匹配的同样大小的像素块Q3(参见图5中右侧参考图像Q1内虚线框所选定的范围)，该像素块Q3的中心位置具有与匹配点A2最匹配的像素点A1，根据该最匹配的像素点A1在参考图像Q1中的坐标位置，与实时图像Q2中匹配点A2的坐标位置的差值，可以计算出实时图像Q2的横向偏移量和纵向偏移量，在本发明中，由于CCD相机24和激光发射器21放置在同一基准平面P1内，则对深度有影响的是横向偏移量，纵向偏移量基本不对深度有影响，因此只计算横向偏移量n＝3；这一步骤的原理为：激光散斑有如下两种性质：1、散斑图像中任意一点为中心的块，只与该块相关性高，与该散斑图像其他点为中心的块相关性低；2、不同深度的散斑图像中，在一幅散斑图上以某点为中心的块，在另一幅不同深度的散斑图上有且只有一个块与其相关性高，与其他块相关性低，且两个块之间的坐标差，与深度有关；相关性可通过计算块之间的互相关系数来判断，互相关系数把两个块之间的相似程度，归化到-1和1之间，越接近1，两个块相关性更大；通过取相关性最大的块即为匹配块，来计算两个块的中心点之间的坐标差；

4)通过步骤3)得到的横向偏移量，代入上述公式Dis＝L*H*f/(H*p*n+L*f)中，即可得到实时图像Q2中匹配点A2的空间深度，深度越小，说明油烟量越大，在本实施例中，如设定激光发射器21和CCD相机24之间的距离为L＝50mm，CCD相机24型号选择为f/p＝1190，则实时图像Q2中匹配点的深度与偏移量之间的关系式为：Dis＝59500/(n+119)，由于步骤3)中示例的n＝3，则Dis＝59500/(3+119)＝487.7mm。

在步骤3)中，可以通过选择不同坐标的匹配块，由此得到检测区域内不同的匹配点的深度，从而得到该检测区域内油烟在空间内的浓度分布，使得测量结果更为可靠。此外，可以对深度值预设不同的区间，不同的区间对应不同的风机12转速，从而根据深度对风机12转速进行相应的调整。

通过两个油烟浓度检测装置2，可以独立地控制相应的风机12的转速，使得综合吸油烟效果达到最佳。

Claims (6)

1.一种油烟浓度的检测方法，其特征在于：所述检测方法利用的油烟浓度检测装置包括激光发射器(21)，还包括毛玻璃(22)和光学衍射元件(23)，在激光发射的路径上，所述毛玻璃(22)和光学衍射元件(23)依次设置在激光发射器(21)的下游，所述油烟浓度检测装置还包括用于拍摄激光发射器(21)发射出的激光经过毛玻璃(22)和光学衍射元件(23)后形成的散斑图像的CCD相机(24)；所述检测方法包括如下步骤：

1)选取参考平面(P0)，得到该参考平面(P0)上的参考图像(Q1)：所述激光发射器(21)和CCD相机(24)布置在同一基准平面(P1)，所述参考平面(P0)与基准平面(P1)平行、并且距离为H；将所述CCD相机(24)拍摄的、激光发射器(21)发出的激光在参考平面(P0)上的散斑图像作为参考图像(Q1)；

2)油烟开始产生，每间隔一定时间t，所述CCD相机(24)拍摄一张检测区域内激光散斑的实时图像(Q2)；

3)在实时图像(Q2)和参考图像(Q1)的同一相对位置设置一个坐标系，在实时图像(Q2)上选取m*m像素点的匹配块(Q4)，m为像素点的数量，该匹配块(Q4)的中心位置为匹配点(A2)；用该匹配块(Q4)在参考图像(Q1)对应坐标范围内进行搜索，找到与该匹配块(Q4)最匹配的同样大小的像素块(Q3)，该像素块(Q3)的中心位置具有与匹配点(A2)最匹配的像素点(A1)，根据该最匹配的像素点(A1)在参考图像(Q1)中的坐标位置、与实时图像(Q2)中匹配点(A2)的坐标位置的差值，计算出实时图像(Q2)的横向偏移量n；

4)将步骤3)得到的横向偏移量n代入公式：Dis＝L*H*f/(H*p*n+L*f)中，其中Dis为匹配点(A2)的空间深度，L为所述激光发射器(21)和CCD相机(24)之间的距离，f为CCD相机(24)焦距，p为像素格宽度，得到实时图像(Q2)中匹配点(A2)的空间深度，深度越小，表示油烟量越大。

2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：在步骤3)中，选择不同坐标的匹配块(Q4)，由此得到检测区域内不同的匹配点(A2)的深度，从而得到该检测区域内油烟在空间内的浓度分布。

3.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于：所述油烟浓度检测装置还包括用于处理CCD相机(24)拍摄的图像的处理器(25)。

4.一种吸油烟机，包括吸油烟机主体(1)，所述油烟浓度检测装置(2)设置在吸油烟机主体(1)前侧，其特征在于：所述吸油烟机主体(1)包括通过权利要求1～3中任一项所述的检测方法检测到的油烟浓度控制转速的风机(12)。

5.根据权利要求4所述的吸油烟机，其特征在于：所述吸油烟机主体(1)包括壳体(11)和设置在壳体(11)前侧的面板(13)，所述油烟浓度检测装置(2)设置在面板(13)上，所述风机(12)设置在壳体(11)内。

6.根据权利要求5所述的吸油烟机，其特征在于：所述油烟浓度检测装置(2)具有两个、左右间隔布置，所述风机(12)也具有两个、左右间隔地并联设置。

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