CN212006397U - 一种蒸发器结霜视觉检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种蒸发器结霜视觉检测系统，包含用户终端、主控制器和子系统，所述用户终端通过局域网、互联网与主控制器连接，所述主控制器通过局域网、互联网连接子系统；所述子系统包含图像采集模块、化霜控制模块、基座和导轨，所述图像采集模块、化霜控制模块分别依次经过基座连接导轨；本实用新型能够使用视觉检测技术直接得到结霜面积百分比，做出的判断更加可靠、准确且极大地减轻了系统对摄像头数量的需求，降低了系统的硬件成本，同时有效的消除雾气对检测结果的影响。

Description

一种蒸发器结霜视觉检测系统

技术领域

本实用新型涉及蒸发器结霜状况检测技术领域，特别涉及一种蒸发器结霜视觉检测系统。

背景技术

在当前的制冷行业，行业内普遍采用蒸发器进行制冷；在制冷过程中，蒸发器表面会逐渐结霜，当结霜程度较为严重时，会极大地降低制冷效率，造成能源浪费，因此有必要对蒸发器进行除霜。

目前，行业内普遍采用根据经验预先定除霜时间的方法；也有根据温度检测和风压检测对结霜程度进行间接检测，从而判断除霜时机的方法；然而，由于实际环境复杂多变存在各类影响因素，这些方法均不能够准确地判断出合适的除霜时机，经常会出现结霜程度并不高的时候，加热丝开始工作进行除霜，或者已经严重结霜的时候，却还没有开始除霜的情况；这样不仅会影响制冷设备的正常工作，影响制冷效率，还会浪费能源。

视觉检测技术作为一种能够直接检测蒸发器表面的结霜情况的手段，能够很好的解决以上间接测量技术存在的问题，从而能够准确可靠的检测出合适的除霜时机；不过经过实际测试发现，视觉系统在采集图像时需要一个相对稳定、均匀的照明条件，且摄像头容易受到外界环境的干扰，例如在冷库开门时或者在加热丝开始工作进行化霜时，镜头前容易出现雾气，从而干扰到检测结果的准确性；此外还存在单个摄像头拍摄范围有限的问题，在使用时，蒸发器的安装空间往往十分狭窄有限，导致摄像头难以采集到较大范围的图像，为了采集到蒸发器的全景图像需要布置数十个摄像头，成本过于高昂。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对以上各种间接测量方式存在的弊端，和视觉检测系统存在的一些问题，本实用新型提出了一种蒸发器结霜视觉检测系统及其检测方法。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种蒸发器结霜视觉检测系统，包含用户终端、主控制器和子系统，所述用户终端通过局域网、互联网与主控制器连接，所述主控制器通过局域网、互联网连接子系统；

所述子系统包含图像采集模块、化霜控制模块、基座和导轨，所述图像采集模块、化霜控制模块分别依次经过基座连接导轨。

该基于蒸发器结霜视觉检测系统的检测方法，具体包含如下步骤：

步骤A.开机后通过电机将基座移动到导轨上的初始位置，初始化图像采集模块摄像头的设置，初始化化霜控制模块，蒸发器结霜视觉检测系统开始制冷；

步骤B.控制基座在导轨上移动，在不同位置对蒸发器背面进行拍摄，得到蒸发器结霜图像集；

步骤C.复位基座位置到初始位置，主控制器对采集到的图像进行全景拼接、待检测区域分离、图像预处理、二值化、计算结霜面积百分比，判断是否需要化霜或制冷；

步骤D.不断重复执行上述步骤B、步骤C，直至蒸发器结霜视觉检测系统关机或者检测到异常发出异常警报；

步骤E.在上述步骤A至步骤D中，用户随时可通过主控制器或终端查看蒸发器的结霜图像和各个子系统的状态，还可通过主控制器或用户终端操控子系统动作。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

1.与现在普遍采用的通过检测各类间接量，例如温度、风压等，来判断结霜程度的技术方案相比，本实用新型使用视觉检测技术直接得到结霜面积百分比，做出的判断更加可靠、准确；

2.本实用新型中将检测装置安放在导轨上的方案，能够有效解决在狭窄的空间中摄像头拍摄范围有限的问题，极大地减轻了系统对摄像头数量的需求，降低了系统的硬件成本；

3.制冷环境中常常存在雾气，不断变化的雾气会干扰视觉检测结果的精确度，针对这种现象，本实用新型提出的检测方法对图像进行了先腐蚀后膨胀的形态学处理，能够有效的消除雾气对检测结果的影响。

附图说明

图1是本实用新型蒸发器结霜视觉检测系统的子系统结构示意框图；

图2是本实用新型蒸发器结霜视觉检测系统的总体结构示意图；

图3是本实用新型蒸发器结霜视觉检测系统的实施流程图；

图4是本实用新型蒸发器结霜视觉检测方法的具体步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围

本实用新型设计了一个蒸发器结霜视觉检测系统，检测系统可分为三大部分：子系统、主控制器、终端，各个部分之间通过局域网、互联网通讯。

如附图1所示，子系统由以下几个模块构成：图像采集模块、化霜控制模块、基座和导轨；图像采集模块主要部件是摄像头和可调光源，图像采集模块根据主控制器发出的指令，执行蒸发器背面图像采集和上传操作；化霜控制模块主要由继电器、外围保护电路组成，接收主控制器发送的高低电平信号，执行制冷或化霜操作；子系统的各个模块都安装在基座上，基座通过电机在导轨上前后移动；导轨安装在蒸发器背后，通过基座在导轨上的移动，可以使用一个摄像头采集到整个蒸发器背面的全景图像。

如附图2所示，主控制器作为上位机通过网络技术和各个子系统进行通信；通过局域网或互联网，可以将每个摄像头拍摄的画面实时传输到用户的终端上；在系统检测出异常情况时，主控制器可以通过终端向用户发出警报；用户能够在终端上实时查看蒸发器的结霜图像和各个子系统的状态，还能够通过终端远程操控各个子系统动作。

如附图3所示，整个视觉检测系统的实施步骤如下：

步骤A.开机后首先通过电机将基座移动到导轨上的初始位置，初始化图像采集模块摄像头的设置，初始化化霜控制模块，系统开始制冷；

步骤B.摄像头试拍几张图像，根据试拍图像的亮度调节采集模块上光源的亮度，调用摄像头在当前位置采集蒸发器背面结霜图像后；

步骤C.检测基座是否移动到最终位置，若尚未到达最终位置，控制电机将基座移动到导轨的下一个位置；

步骤D.重复执行步骤B、C，直到基座移动到最终位置，完成整个蒸发器背面的图像采集工作；

步骤E.复位基座位置到初始位置，主控制器对采集到的图像进行全景拼接、待检测区域分离、图像预处理、二值化、计算结霜面积百分比等工作，判断是否需要化霜或者制冷；

步骤F.不断重复执行上述步骤B、C、D、E，直至系统关机或者系统检测到异常发出异常警报；

步骤G.在上述步骤中，用户随时可以通过主控制器或终端查看蒸发器的结霜图像和各个子系统的状态，还可以通过主控制器或终端操控子系统动作。

如附图4所示，本实用新型还涉及一种蒸发器结霜检测方法，该方法的具体实施步骤如下：

步骤A.控制基座在导轨上移动，在不同位置对蒸发器背面进行拍摄，得到蒸发器结霜图像集；

步骤B.对采集的图像进行裁剪，保留每幅图像的中间部分，拼接组合得到目标检测区域，并计算出待检测区域的面积；

步骤C.对目标检测区域的图像进行灰度化处理，降噪处理等；

步骤D.根据预设的阈值对图像进行二值化，将结霜区域作为前景从目标检测区域中分割出来；

步骤E.计算结霜区域的面积、结霜面积占目标检测区域的百分比，以结霜面积百分比作为依据控制系统进行制冷和化霜；

步骤F.若检测到异常情况，主控制器发出报警，否则重复上述步骤A-F。

进一步地，检测步骤A包括如下几个步骤：

步骤A1.根据拍摄的图像调节光源亮度，调用摄像头采集蒸发器背面结霜图像；

步骤A2.控制电机带动基座移到下一个位置；

步骤A3.重复步骤A1、12，直到完成背面结霜图像采集工作。

进一步地，检测步骤B可以采用如下改进方法：

步骤B1.使用SURF算法对得到的图像集进行特征提取和特征匹配，得到图像的匹配点集；

步骤B2.利用匹配点集对图像集进行配准、拷贝、融合等处理，得到蒸发器背面的全景图像；

步骤B3.检测全景图像上的边缘特征信息，将蒸发器背面边缘以内的待检测区域从图像中分离出来，计算出待检测目标区域的面积。

进一步地，针对检测步骤B3可以采用如下改进方案替代：

步骤B4.预先在蒸发器背面的边缘设置标记点；

步骤B5.在得到蒸发器背面的全景图像后，根据预先设置的标记点特征计算出标记点位置；

步骤B6.根据标记点位置，分割出蒸发器背面待检测区域的图像。

进一步地，检测步骤C包括如下几个步骤：

步骤C1.对步骤B中得到的目标检测区域图像进行颜色空间转换，将采集的BGA彩色图像转换为灰度图像；

步骤C2.使用3*3的高斯核对图像进行高斯模糊，去除图像中的高斯噪声；

步骤C3.使用3*3或者5*5的卷积核对图像进行腐蚀处理，去除图像中的白点，减轻镜头前雾气对图像的影响；

步骤C4.使用步骤C3中同样尺寸的卷积核对图像进行膨胀操作，完成开运算操作，保持图像前景、背景的面积基本不变。

进一步地，检测步骤D可以采用如下改进方法：

步骤D1.对步骤C中预处理之后的图像进行灰度拉伸，增强图像的对比度，增加前景和背景之间的灰度差；

步骤D2.使用大津法（Otsu）计算图像的自适应阈值，根据阈值对图像进行二值化，将前景（结霜区域）和背景（未结霜区域）分离。

进一步地，检测步骤E包括如下几个步骤：

步骤E1.根据步骤D分离出的结霜前景图像计算结霜区域的面积；

步骤E2.根据步骤B计算的待检测区域图像面积，计算结霜区域面积占待检测区域面积的百分比；

步骤E3.当结霜面积百分比大于预设化霜阈值时，执行步骤E4，当结霜面积百分比低于预设化霜阈值时，执行步骤E5，否则不做任何动作；

步骤E4.主控制器发送高电平信号，系统停止制冷，开始化霜；

步骤E5.主控制器发送低电平信号，系统停止化霜，开始制冷。

进一步地，检测步骤E3至步骤E5可以采用如下改进方法替代：

步骤E6.查看化霜控制器状态，若系统处于制冷状态执行步骤E7到步骤E9，若系统处于化霜状态执行步骤E10至步骤E12；

步骤E7.当结霜面积百分比大于预设化霜阈值时，开始计时；

步骤E8.若在两分钟内结霜面积百分比一直保持在化霜阈值之上，主控制器向化霜控制模块发送高电平信号，系统停止制冷，开始化霜；

步骤E9.若在两分钟内结霜面积百分比波动到化霜阈值以下，返回步骤E6；

步骤E10.当结霜面积百分比低于预设制冷阈值时，开始计时；

步骤E11.若在两分钟内结霜面积百分比一直保持在制冷阈值以下，主控制器发送低电平信号，系统停止化霜，开始制冷；

步骤E12.若在两分钟内结霜面积百分比波动到制冷阈值之上，返回步骤E6。

进一步地，改进方法（检测步骤E6~步骤E12）存在时间滞后问题：实际在进行制冷或化霜动作时，结霜面积百分比和预设阈值相比，低或高大约0%到2%左右；因此在设置预设阈值时，可以考虑时间滞后问题进行调整。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义；还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。上面对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (1)

1.一种蒸发器结霜视觉检测系统，其特征在于：包含用户终端、主控制器和子系统，所述用户终端通过局域网、互联网与主控制器连接，所述主控制器通过局域网、互联网连接子系统；

所述子系统包含图像采集模块、化霜控制模块、基座和导轨，所述图像采集模块、化霜控制模块分别依次经过基座连接导轨。

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