CN114543995A - 一种用于化工液相颜色检测的颜色识别仪及其检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于化工液相颜色检测的颜色识别仪，包括颜色识别仪本体，颜色识别仪本体包括检测主机，检测主机后端连接有视镜连接法兰，视镜连接法兰后端连接有视镜本体，视镜本体后端连接有光源连接法兰，光源连接法兰后端连接防爆视觉光源；本发明的优点是：通过视觉传感器采集视镜液相图片，在嵌入式边缘端进行视觉特征提取计算，将识别后的液相颜色转换标准的工业控制信号并实时输出，同时输出实时视频流，可靠性高、延迟低，核心原件不易损坏，结构设计合理，可以与化工现场无缝对接，视觉光源寿命长，性能稳定，可以提供稳定的光照环境，设备稳定性高。

Description

一种用于化工液相颜色检测的颜色识别仪及其检测方法
技术领域
本发明属于化工检测技术领域，具体涉及一种用于化工液相颜色检测的颜色识别仪及其检测方法。
背景技术
化工生产中存在大量液体物料颜色随生产过程进行发生变化的工况，需要根据物料液体的颜色来控制生产过程，因此对物料颜色的准确判断对生产至关重要。
目前对物料的颜色判断主要采用现场人眼观察或者取样到实验室用仪器测量的方式。现场人工观察的方式受主观影响误差较大，无法保证观测结果的稳定。对现场液体进行取样，在实验室中用于测量样本颜色的仪器主要有色差仪、分光色度计等，这些仪器主要用于实验室中对样本做颜色比对和颜色测量。其对颜色的测量精度往往能达到甚至超过人眼对颜色的判别能力，但是其测量过程比较繁琐，无法适用要求快速响应的生产现场。
发明内容
本发明的目的在于克服上述局限，提供一种结构设计合理，可以与化工现场无缝对接，补光灯寿命长，性能稳定，可以提供稳定的光照环境，设备稳定性高的用于化工液相颜色检测的颜色识别仪及其检测方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种用于化工液相颜色检测的颜色识别仪，包括颜色识别仪本体，颜色识别仪本体包括检测主机，检测主机后端连接有视镜连接法兰，视镜连接法兰后端连接有视镜本体，视镜本体后端连接有光源连接法兰，光源连接法兰后端连接防爆视觉光源。
优选的是，防爆视觉光源的光源为可见光，检测主机包括视觉传感器、嵌入式边缘设备和防爆外壳。
一种用于化工液相颜色检测的颜色识别仪的检测方法，嵌入式边缘设备中设有颜色检测算法模块和视频编码模块，具体检测步骤为：
A、将摄像头对准物料，采集补光灯通过管道视镜液相后产生图像，将YUV格式的图像数据传输到嵌入式边缘设备中；
B、颜色检测算法模块将图像数据转换为颜色响应值，并通过RS485或者电流环传输到外部控制系统；
C、视频编码模块将图像和颜色响应值编码，通过网口将视频流传输到显示终端。
优选的是，步骤B的颜色检测算法流程如下：
a、检测区域标定，在全视野的管道视镜图像上选择要测量的区域；
b、将标定区域内的YUV格式的图像数据转换为RGB数据，求RGB数据的平均值；
c、对RGB平均值进行伽马校正；
d、将伽马矫正后的RGB数据转换为颜色响应三值数据（U,V,W）；
e、计算两个颜色响应三值数据的欧式距离作为色差响应值，并将U、V、W三个独立的数据作为单色系响应值输出，共四个响应值。
优选的是，步骤c的矫正方式为非线性色调矫正。
综上所述，本发明具有以下优点：结构设计合理，可以与化工现场无缝对接，补光灯寿命长（超过100000小时）且性能稳定，可以提供稳定的光照环境，设备稳定性高，通过网口传输的视频流可以帮助用户在中控台清晰掌握当前的液相状态；颜色检测算法色差测量精度较高，响应速度快（100ms以内），并可将数据传输到控制系统用于实现自动控制，完全可以替代现场的人工观察模式。
附图说明
图1为本发明的主体结构图；
图2为本发明检测方步骤流程图；
图中标号：1-检测主机、2-视镜后罩壳、3-视镜前罩壳、4-视镜、5-防爆灯罩壳、6-防爆补光灯。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
如图1、2所示，本发明提供一种用于化工液相颜色检测的颜色识别仪，包括颜色识别仪本体，颜色识别仪本体包括检测主机1，检测主机1后端连接有视镜后罩壳2，视镜后罩壳2后端连接有视镜前罩壳3，视镜前罩壳3后端连接有视镜4，视镜4后端连接有防爆补光灯6，防爆补光灯6外侧设有防爆灯罩壳5。
防爆补光灯6的光源为可见光，检测主机1包括采集补光灯、摄像头模组、嵌入式计算机和防爆外壳。
检测方法为，嵌入式边缘设备中设有颜色检测算法模块和视频编码模块，具体检测步骤为：将摄像头对准物料，采集补光灯通过管道视镜液相后产生YUV格式的图像，将YUV格式的图像数据传输到嵌入式边缘设备中；颜色检测算法模块将YUV格式的图像数据转换为颜色响应值，并通过RS485或者电流环传输到外部控制系统；视频编码模块将YUV格式的图像和颜色响应值编码，通过网口将视频流传输到显示终端。
颜色检测算法流程如下：
a、检测区域标定，在全视野的管道视镜图像上选择要测量的区域；
b、将标定区域内的YUV格式的图像数据转换为RGB数据，求RGB数据的平均值；
具体方法为：
Figure 615896DEST_PATH_IMAGE002
Figure 276684DEST_PATH_IMAGE004
Figure 858100DEST_PATH_IMAGE006
式中
Figure DEST_PATH_IMAGE007
，
Figure 477301DEST_PATH_IMAGE008
，
Figure DEST_PATH_IMAGE009
分别为R,G,B数据的平均值。N为测量区域的总像素点数。
RGB平均值数据的值范围为[0,255]，需将其归一化到范围[0,1]，如下表所示：
原数据[0,255] 归一化[0,1]
Figure DEST_PATH_IMAGE011
Figure DEST_PATH_IMAGE013
Figure DEST_PATH_IMAGE015
Figure DEST_PATH_IMAGE017
Figure DEST_PATH_IMAGE019
Figure DEST_PATH_IMAGE021
c、对RGB平均值进行非线性伽马校正；
具体为：非线性色调矫正函数公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE023
利用非线性色调矫正矫正函数对RGB平均值进行矫正，如下表所示:
RGB平均值 非线性色调矫正
Figure 134547DEST_PATH_IMAGE011
 correct(
Figure 599026DEST_PATH_IMAGE024
)
Figure 799063DEST_PATH_IMAGE015
 correct(
Figure DEST_PATH_IMAGE025
)
Figure 813332DEST_PATH_IMAGE019
 correct(
Figure 833240DEST_PATH_IMAGE026
)
d、将伽马矫正后的RGB数据转换为颜色响应三值数据（U,V,W）；
先将RGB数据转换数据空间(
Figure DEST_PATH_IMAGE027
)，通过下面的公式将R、G、B转为
Figure 101411DEST_PATH_IMAGE027
。
Figure DEST_PATH_IMAGE029
Figure DEST_PATH_IMAGE031
Figure 421534DEST_PATH_IMAGE032
再将
Figure 116957DEST_PATH_IMAGE027
转为U，V，W：
Figure 624162DEST_PATH_IMAGE034
Figure 164865DEST_PATH_IMAGE036
Figure DEST_PATH_IMAGE037
其中的函数
Figure 605073DEST_PATH_IMAGE038
表达式为:
Figure 205819DEST_PATH_IMAGE040
Figure DEST_PATH_IMAGE041
为常量参数。
e、计算两个颜色响应三值数据的欧式距离作为色差响应值，并将U、V、W三个独立的数据作为单色系响应值输出，共四个响应值。
色差值为两个颜色差异程度的数字化，色差值越大，表示两个颜色差别越大。反正表示两个颜色的越接近。色差通过两个颜色的颜色响应值（U1,V1,W1），(U2,V2,W2)的欧式距离计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE043
式中D表示色差值。
下表表示最终输出的四个响应值
符号 U V W D
含义 亮度 绿色到红色 蓝色到黄色 色差
取值范围 [0,1000] [0,1000] [0,1000] [0,1000]

Claims (5)

1.一种用于化工液相颜色检测的颜色识别仪，包括颜色识别仪本体，其特征在于：所述颜色识别仪本体包括检测主机（1），所述检测主机（1）后端连接有视镜后罩壳（2），所述视镜后罩壳（2）后端连接有视镜前罩壳（3），所述视镜前罩壳（3）后端连接有视镜（4），所述视镜（4）后端连接有防爆补光灯（6），所述防爆补光灯（6）外侧设有防爆灯罩壳（5）。
2.根据权利要求1所述的所述的一种用于化工液相颜色检测的颜色识别仪，其特征在于：所述防爆补光灯（6）的光源为可见光，所述检测主机（1）包括视觉传感器、嵌入式边缘设备和防爆外壳。
3.一种如权利要求2所述的用于化工液相颜色检测的颜色识别仪的检测方法，其特征在于：所述嵌入式边缘设备中设有颜色检测算法模块和视频编码模块，具体检测步骤为：
A、将摄像头对准物料，采集补光灯通过管道视镜液相后产生图像，将YUV格式的图像数据传输到嵌入式边缘设备中；
B、颜色检测算法模块将图像数据转换为颜色响应值，并通过RS485或者电流环传输到外部控制系统；
C、视频编码模块将图像和颜色响应值编码，通过网口将视频流传输到显示终端。
4.根据权利要求3所述的一种用于化工液相颜色检测的颜色识别仪的检测方法，其特征在于：所述步骤B的颜色检测算法流程如下：
a、检测区域标定，在全视野的管道视镜图像上选择要测量的区域；
b、将标定区域内的YUV格式的图像数据转换为RGB数据，求RGB数据的平均值；
c、对RGB平均值进行伽马校正；
d、将伽马矫正后的RGB数据转换为颜色响应三值数据（U,V,W）；
e、计算两个颜色响应三值数据的欧式距离作为色差响应值，并将U、V、W三个独立的数据作为单色系响应值输出，共四个响应值。
5.根据权利要求4所述的一种用于化工液相颜色检测的颜色识别仪的检测方法，其特征在于：所述步骤c的矫正方式为非线性色调矫正。
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Denomination of invention: A color recognition instrument and detection method for liquid phase color detection in chemical engineering

Effective date of registration: 20230928

Granted publication date: 20220708

Pledgee: Jiangsu Nantong Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Xingfu sub branch

Pledgor: Nantong Haishi photoelectric Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980059738