CN110686779A - 一种非接触生物发酵过程温度场的自动测量方法和装置 - Google Patents

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毕德学
李亚
丁彦玉
石磊
何琳琳
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Tianjin University of Science and Technology
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TIANJIN LIMIN SEASONING CO Ltd
Tianjin University of Science and Technology
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    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
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Abstract

本发明提供一种非接触生物发酵过程温度场的自动测量方法和装置，实现对发酵罐整个温度场的测量，建立温度场与空间场的内在关系，本发明方法建立至少一对相对位姿关系恒定的红外相机和深度相机；在所述的一对相机中，标定红线相机的内部参数和包含位置姿态信息的外部参数；标定深度相机的内部参数和包含位置姿态信息的外部参数；标定红外相机和深度相机之间的位置和姿态并配准它们的像素；完成标定和配准，使得红外相机和深度相机之间的图像坐标一一对应；本发明装置具有至少一对相对位姿关系恒定的红外相机和深度相机，所述红外相机和所述深度相机通过同一标定板标定，标定后的红外相机图像和深度相机图像达成像素配准。

Description

一种非接触生物发酵过程温度场的自动测量方法和装置
技术领域
本发明涉及一种生物发酵过程温度场的自动测量方法和装置，尤其涉及一种非接触式测量生物发酵过程温度场的自动测量方法和装置。
背景技术
现有的发酵罐温度测量系统，基本是用传统的热电偶或热电阻深入到发酵罐的溶液中去，进行定点温度测量。由于空间和布局的要求，测量温度的点位往往不多。这种测量方式的缺点是明显的，对整个发酵罐，只能进行局部定点温度测量，无法准确掌握发酵罐内各点的温度变化，更无法实现发酵罐内整个温度场的测量。而实际生产中发酵罐内的不同位置的温度往往是有差别的。
发明内容
有鉴于背景技术中提及的现有缺陷，本发明提出一种非接触生物发酵过程温度场的自动测量方法和装置，实现对发酵罐整个温度场的测量，大幅度提高发酵温度测量信息准确性，能够建立温度场与空间场的内在关系，为更加准确地控制发酵过程的温度提供基础数据支持，是发酵罐温度测量领域的一次重要技术变革。
为了达成本发明的上述目的，本发明的技术方案如下。
一种非接触生物发酵过程温度场的自动测量方法，包括以下步骤：
a.建立至少一对相对位姿关系恒定的红外相机和深度相机；
b.在步骤a所述的一对相机中，标定红线相机的内部参数和包含位置姿态信息的外部参数；
c.在步骤a所述的一对相机中，标定深度相机的内部参数和包含位置姿态信息的外部参数；
d.在步骤a所述的一对相机中，标定红外相机和深度相机之间的位置和姿态并配准它们的像素；
实施步d骤的后，完成标定和配准，使得红外相机和深度相机之间的图像坐标一一对应。
一种非接触生物发酵过程温度场的自动测量装置，所述装置具有至少一对相对位姿关系恒定的红外相机和深度相机，所述红外相机和所述深度相机通过同一标定板标定，标定后的红外相机图像和深度相机图像达成像素配准。
采用本发明的方法和装置，实现对发酵罐整个温度场的测量，大幅度提高发酵温度测量信息准确性，能够建立温度场与空间场的内在关系，为更加准确地控制发酵过程的温度提供基础数据支持，是发酵罐温度测量领域的一次重要技术变革。
附图说明
图1是本发明实施例所用的标定板；
图2是本发明实施例测量装置的配置图；
图3是本发明实施例的实施方法流程图；
图4是本发明实施例红外相机和深度相机拍摄同一位置标定板图像的对比图。
具体实施方式
本实施例依照本发明精神实施流程见图3，首先对红外相机、深度相机、镜头和CCD参数的进行算与选型；计算CCD的像素要求，按照公式(1)：
Figure BDA0002212910410000021
其中测量视场的对角线长度根据测量对象，定为10m，温度场空间测量分辨率为20cm，得到CCD的像素至少应为500，所以可以选择640x480(或以上)的红外测温相机和640x480(或以上)像素的深度相机，即可满足要求。
镜头的选择需要考虑物距，测量要求等的约束综合条件完成镜头的选型。
制作自动测量系统的支撑结构即支撑板；该支撑板在于固定红外相机和深度相机，使其相对位姿关系恒定，固定关系如图2所示。
红外相机和深度相机分别安装在支撑板上固定好，分别用深度相机和红外相机分别拍摄同一位姿的标定板，标定板如图1所示，当红外相机拍摄时，开启红外光源。图4为用两个相机拍摄的同一位置的标定板图像。
改变标定板的位置和姿态，重复这样的过程至少16次，每个相机获取16幅标定板图像。利用这16幅图像，利用张正友标定法，标定出红外相机的内部参数矩阵(公式2)和深度相机的内部参数矩阵，并分别标定出相机相对于每个标定板图像的外部参数(包括位置向量和旋转矩阵)(公式3)。
Figure BDA0002212910410000022
Figure BDA0002212910410000031
以上，分别得到红外相机的内参和外参，以及深度相机的内参和外参后，进行像素的配准。设红外相机相平面上一点pb，它在摄像机参考坐标系的对应点pB满足关系式：
pb＝MB*PB 公式(4)
同理
ps＝Ms*PS 公式(5)
设标定板上的一点P，在红外相机的相平面上一点pb，在深度相机上成像ps标定板与红外相机之间外部参数：旋转矩阵RB和平移向量tB已经从上一步标定出来。即：
PB＝RB*p+tB 公式(6)
由公式4和6推出：
pb＝MB*(RB*p+tB) 公式(7)
同理该标定板与深度相机的外部参数：旋转矩阵Rs和平移向量ts已经从上一步标定出来。
Ps＝Rs*p+ts 公式(8)
由公式5和8推出：
ps＝Ms*(Rs*p+ts) 公式(9)
从公式7和9推出了两个相机上的对应同一物体的像pb和ps的对应和配准关系：
即：
ps＝RBS*pb+tBS 公式(11)
以上，公式(11)即为两个相机的像素之间的配准关系。
根据配准的像素，同时获得对应测量空间点的三维位置信息和温度值。构建发酵罐测量的温度场。

Claims (2)

1.一种非接触生物发酵过程温度场的自动测量方法，包括以下步骤：
a.建立至少一对相对位姿关系恒定的红外相机和深度相机；
b.在步骤a所述的一对相机中，标定红线相机的内部参数和包含位置姿态信息的外部参数；
c.在步骤a所述的一对相机中，标定深度相机的内部参数和包含位置姿态信息的外部参数；
d.在步骤a所述的一对相机中，标定红外相机和深度相机之间的位置和姿态并配准它们的像素；
实施步d骤的后，完成标定和配准，使得红外相机和深度相机之间的图像坐标一一对应。
2.一种非接触生物发酵过程温度场的自动测量装置，所述装置具有至少一对相对位姿关系恒定的红外相机和深度相机，所述红外相机和所述深度相机通过同一标定板标定，标定后的红外相机图像和深度相机图像达成像素配准。
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