CN113188633A - 一种基于机器视觉的液面检测和测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于机器视觉的液面检测和测量方法，包括以下步骤：S1配置硬件：设置检测区，检测区供待检测的试管放置，试管后设置绘有辅助线的背板，试管前部架设相机；S2相机校准：调整相机位置及相机参数，随着试管中的液面上升，辅助线的成像穿过液体时发生折射，辅助线的成像未穿过液体部分成像在相机中；S3图像采集，预处理：相机拍摄采集图像，相机拍摄后标定液面的初始位置并建立坐标系；S4图像处理：提取图像色相，设定阈值对图像进行二值化处理；S5提取液面，计算液面：使用Blob检测算法，计算得到液面高度；S6闭环控制：下一帧重复步骤S3，实现对液面高度的闭环控制。测量方法对环境要求更低。
Description
技术领域
本发明涉及溶剂定容技术领域，特别涉及一种基于机器视觉的液面检测和测量方法。
背景技术
液位检测技术在生物医学、工业生产、药剂定容等诸多方面有着重要的作用。为了确保检测、生产、定容等各个环节的可靠，直接由人工进行监控和调控的方式使得流程存在不确定性，传统的液位监测方式效率低下，目前常用的液位检测方法有直接和间接两种方式，这两种方式都会受到外部环境的影响或需要借助于传感器将液位信号进行转换，变成可定量化的电压信号，不适用于实时的液位监测。常规的机器视觉液面检测，对光源、液体颜色、对比度等要求比较高，一般利用凹液面提取液面位置，对光源的依赖较大。
凹液面是由于毛细现象形成的，毛细现象是指浸润液体在细管里升高的现象和不浸润液体在细管里降低的现象，而在一些条件下，当细管内不能形成凹液面或凸液面，也就无法观测到液面位置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于机器视觉的液面检测和测量方法，克服上述缺陷，测量方法对环境要求更低。
为达成上述目的，本发明的解决方案为：一种基于机器视觉的液面检测和测量方法，包括以下步骤：
S1配置硬件：设置检测区，检测区供待检测的试管放置，试管后部设置绘有辅助线的背板，试管前部架设相机；
S2相机校准：调整相机位置及相机参数，并使相机的位置与试管的位置相对静止，使辅助线透过试管清晰成像在相机中，随着试管中的液面上升，辅助线的成像穿过液体时发生折射，辅助线的成像未穿过液体部分成像在相机中；
S3图像采集，预处理：相机拍摄采集图像，相机拍摄后标定液面的初始位置并建立坐标系，将采集到的图像进行预处理，利用数字图像处理技术对采集到的图像进行去噪、滤波，获得质量较高的图像；
S4图像处理：提取图像色相，设定阈值对图像进行二值化处理，大于阈值的像素点值为1，小于阈值的像素点值为0；
S5提取液面，计算液面：使用Blob检测算法，提取辅助线成像穿过液体端点的位置，并根据拍摄时依初始位置建立的坐标系，计算得到液面高度；
S6闭环控制：下一帧重复步骤S3，根据液面高度输出控制信号，实现对液面高度的闭环控制。
优选的，所述相机帧率为25fps。
采用上述方案后，本发明的有益效果在于：
本案利用光学折射原理，提出了一种简单可行的办法，便于将液面检测和实时控制集成到自动化液体处理仪器中。
并且本案的方法通过检测辅助向的办法进而检测出液面，不需要实时检测液面，也不需要高性能的相机，降低了视觉检测液位高度的难度，大大降低了视觉检测系统对光学环境的搭建要求。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是本发明检测区的结构图；
图3是本发明的相机拍摄图像；
图4是本发明图像处理时的图。
标号说明：检测区-1、相机-2、试管-3、背板-4、辅助线-5。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做详细的说明。
如图1-4所示，本发明提供一种基于机器视觉的液面检测和测量方法，包括以下步骤：
S1配置硬件：设置检测区1，检测区1供待检测的试管3放置，试管3后部设置绘有辅助线5的背板4，试管3前部架设相机2；
S2相机校准：调整相机2位置及相机参数，并使相机2的位置与试管3的位置相对静止，使辅助线5透过试管3清晰成像在相机2中，随着试管3中的液面上升，辅助线5的成像穿过液体时发生折射，辅助线5的成像未穿过液体部分成像在相机2中；本发明专利提出的一种基于机器视觉的液面检测和测量方法，利用光学的折射原理，通过在背景上绘制辅助线可以快速实现液面位置的检测，降低了对检测系统环境的要求，且能够集成到液体处理仪器中，提高设备的自动化程度。
S3图像采集，预处理：相机拍摄采集图像，相机拍摄后标定液面的初始位置并建立坐标系，将采集到的图像进行预处理，利用数字图像处理技术对采集到的图像进行去噪、滤波，获得质量较高的图像；
S4图像处理：提取图像色相，设定阈值对图像进行二值化处理，大于阈值的像素点值为1，小于阈值的像素点值为0；
S5提取液面，计算液面：使用Blob检测算法，提取辅助线成像穿过液体端点的位置，并根据拍摄时依初始位置建立的坐标系，计算得到液面高度；
S6闭环控制：下一帧重复步骤S3，根据液面高度输出控制信号，实现对液面高度的闭环控制。
所述相机帧率为25fps。
本案与人工操作的方式对比，大大降低了操作误差，提高了效率。本案既降低了对系统环境的要求，降低了检测的难度。且本案不需要常规机器视觉检测的暗室环境，大大降低了对视觉系统光源的要求。且使用非接触式的方式进行液位检测，不会对待测液体产生污染。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于机器视觉的液面检测和测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1配置硬件：设置检测区，检测区供待检测的试管放置，试管后部设置绘有辅助线的背板，试管前部架设相机；
S2相机校准：调整相机位置及相机参数，并使相机的位置与试管的位置相对静止，使辅助线透过试管清晰成像在相机中，随着试管中的液面上升，辅助线的成像穿过液体时发生折射，辅助线的成像未穿过液体部分成像在相机中；
S3图像采集，预处理：相机拍摄采集图像，相机拍摄后标定液面的初始位置并建立坐标系，将采集到的图像进行预处理，利用数字图像处理技术对采集到的图像进行去噪、滤波，获得质量较高的图像；
S4图像处理：提取图像色相，设定阈值对图像进行二值化处理，大于阈值的像素点值为1，小于阈值的像素点值为0；
S5提取液面，计算液面：使用Blob检测算法，提取辅助线成像穿过液体端点的位置，并根据拍摄时依初始位置建立的坐标系，计算得到液面高度；
S6闭环控制：下一帧重复步骤S3，根据液面高度输出控制信号，实现对液面高度的闭环控制。
2.如权利要求1所述一种基于机器视觉的液面检测和测量方法，其特征在于：所述相机帧率为25fps。
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