TWI608221B - 液面高度檢測系統及其方法 - Google Patents

Description

液面高度檢測系統及其方法

本發明為一種液面高度檢測系統及其方法，尤指一種透過影像識別進行液面高度檢測之系統及其方法。

為能檢測容器內部液體之液面高度，習知技術採用的液面高度檢測方案包含了超音波檢測方案、雷達檢測方案、以及影像識別檢測方案。

超音波檢測方案以及雷達檢測方案是在容器開口的上方架設超音波設備或雷達設備，並透過解析回波訊號來得知目前容器內部液面之高度，然而當容器尺寸較小時(例如：試管尺寸)，受限於超音波設備以及雷達設備之實體尺寸以及解析度，使得前述方案無法檢測此種尺寸容器內部液體的液面高度。

習知技術更採用影像識別方案來檢測液體液面高度，例如：台灣專利申請號：TW-200636216，影像式水位量測裝置與方法、台灣專利號：I396832，液面高度辨識方法等習知技術揭露之技術方案則是取得待測水位以及尺標之影像，並對該影像進行識別以判斷待測液體之水位值。然而前述方案在裝填容器為透光容器(例如：透明試管)，待測物為具備透光性質液體(例如：水、酒精…)時，由於影像識別透光性質液體以及透光容器上 的刻度標記具有相當之難度，使得習知技術無法檢測前述標的容器內之液面高度。

綜上所述，如何提供一種可解決前揭技術問題之技術方案，乃本領域亟需解決之技術問題。

為解決前揭之問題，本發明之目的係提供一種藉由影像識別進行液面高度檢測方案。

為達上述目的，本發明提出一種液面高度檢測系統。前述之系統包含透光容器、標記元件、影像擷取裝置、以及電子裝置。前述之透光容器用於充填待測液體，而標記元件則是鄰近於透光容器。且透光容器以及標記元件位於影像擷取裝置拍攝範圍內。電子裝置係電性連接影像擷取裝置，並命令影像擷取裝置取得透光容器以及標記元件之影像，並藉由分析影像中被待測液體影響之標記元件之影像部位，以判別待測液體之液面高度。

為達上述目的，本發明提出一種液面高度檢測方法。前述之方法應用於電子裝置，並包含下列步驟：首先，取得一影像，此影像包含用於充填待測液體之透光容器、以及鄰近透光容器之標記元件。接著，分析影像中被待測液體影響之標記元件之影像部位，以判別待測液體之液面高度。

綜上所述，本發明之液面高度檢測系統及其方法透過分析影像中被待測液體影響之標記元件之影像部位得以有效的判斷指定透光容器內部液體之液面高度，而能解決先前技術不足之部分。

BP1~BP3‧‧‧像素區塊

BS1~BS3‧‧‧子區塊

P1~P9‧‧‧像素點

PD1~PD13‧‧‧橫向像素點

1‧‧‧液面高度檢測系統

11‧‧‧電子裝置

12‧‧‧影像擷取裝置

13‧‧‧透光容器

131‧‧‧待測液體

14‧‧‧標記元件

2‧‧‧擷取影像

21‧‧‧第一影像部位

22‧‧‧接合處

23‧‧‧第二影像部位

圖1係為本發明第一實施例液面高度檢測系統之系統示意圖。

圖2係為本發明第二實施例液面高度檢測方法之流程圖。

圖3係為本發明第一實施例液面高度檢測系統之操作流程圖。

圖4係為本發明第一實施例透光容器之擷取影像。

圖5係為本發明第一實施例像素區塊於透光容器影像中之分佈示意圖。

圖6係為本發明第一實施例像素區塊內部像素點劃分示意圖。

圖7係為本發明第一實施例透光容器之內容物為全空之影像。

圖8係為本發明第一實施例透光容器之內容物為全滿之影像。

以下將描述具體之實施例以說明本發明之實施態樣，惟其並非用以限制本發明所欲保護之範疇。

請參閱圖1，其為本發明第一實施例液面高度檢測系統1之系統示意圖。前述之液面高度檢測系統1包含具備運算能力之電子裝置11、影像擷取裝置12、透光容器13、以及標記元件14。前述之透光容器13以及標記元件14位於影像擷取裝置12拍攝範圍內。前述之電子裝置11電性連接影像擷取裝置12，並命令影像擷取裝置12取得透光容器13以及標記元件14之擷取影像2(如圖4所示)，而電子裝置11在取得影像後，會分析影像中被待測液體131影響之標記元件14之影像部位，以判別待測液體131之液面高度。

前述之電子裝置11係可為電腦裝置、智慧型行動通訊裝置、嵌入式系統電路模組…等可執行影像處理之裝置。前述之影像擷取裝置12 係為攝影機、照像機、鏡頭電路模組…等可執行影像擷取作業之裝置。

前述標記元件14可為燈源裝置、直條紋物體、斜條紋物體…等可被電腦影像處理識別之物體。而標記元件14之擺放位置係相鄰於透光容器13，二者間的距離足以讓標記元件14之影像映射在透光容器13待測液體131上。於另一實施例中，透光容器13係置於影像擷取裝置12以及標記元件14之間，因此當影像擷取裝置12朝透光容器13拍攝時，可同時取得透光容器13影像以及疊加透光容器13影像之標記元件14影像，而當透光容器13內部裝填待測液體131時，標記元件14對應液體131位置處之影像會受到液體影響而放大，因此本發明透過識別被液體放大以及未被液體放大之標記元件14影像，來判斷液面高度之位置。

於另一實施例中，前述電子裝置11係尋找影像中被待測液體131影響之標記元件14之第一影像部位21(如圖4所示)，以及尋找未被待測液體131影響之標記元件14之第二影像部位23(如圖4所示)，並依據第一影像部位21以及第二影像部位23之接合處22(如圖4所示)判別待測液體131之液面高度。

於另一實施例中，前述電子裝置11係將透光容器13影像之縱向像素分佈劃分成複數個區塊，並依據相鄰區塊之差值以判別待測液體131之液面高度。

於另一實施例中，前述電子裝置11係分析影像中鄰近透光容器13端部影像之像素值，以判斷透光容器13為全滿或全空。

於另一實施例中，前述電子裝置11係對影像進行模糊處理，再分析影像中被待測液體131影響之標記元件14之影像部位，以判別待測液 體131之液面高度。

請參閱圖2，其為本發明第二實施例液面高度檢測方法之流程圖。此方法應用並執行於具備運算能力之電子裝置，包含下列步驟：

S101：取得一影像，影像包含用於充填待測液體之透光容器、以及鄰近透光容器標記元件。

S102：分析影像中被待測液體影響之標記元件之影像部位，以判別待測液體之液面高度。

於另一實施例中，前述方法更尋找影像中被待測液體影響之標記元件之第一影像部位，以及尋找未被待測液體影響之標記元件之第二影像部位，並依據第一影像部位以及第二影像部位之接合處判別待測液體之液面高度。

於另一實施例中，前述方法係將透光容器影像之縱向像素分佈劃分成複數個區塊，並依據相鄰區塊之差值以判別待測液體之液面高度。

於另一實施例中，前述方法更分析影像中鄰近透光容器端部影像之像素值，以判斷透光容器為全滿或全空。

於另一實施例中，前述方法係先對影像進行模糊處理，再分析影像中被待測液體影響之標記元件之影像部位，以判別待測液體之液面高度。

以下本發明茲以第一實施例液面高度檢測系統1之系統進行說明，惟本發明第二實施例液面高度檢測方法之亦可達到相同或相似之技術功效。前述之液面高度檢測系統1可應用於檢測試管內液體之液面高度。請參閱圖3，其為第一實施例液面高度檢測系統1之操作流程圖，其流程說 明如下：

S201：由試管上方往下對待測部分進行模糊化處理。此步驟考量部分透光容器13壁上會設有刻度，為避免刻度影像影響後續影像判斷程序，因此電子裝置11在取得擷取影像2後會模糊化處理，並取得如圖4之透光容器13之擷取影像2。於此實施範例中，標記元件14係為燈管。

S202：從影像中取得複數個縱向分布的像素區塊。請參閱圖5，此時電子裝置11會從透光容器13之橫軸方向，取得複數個縱向分布的像素區塊BP1~BP3，各個像素區塊中包含了縱向分佈的複數個像素點(圖6)。

S203：計算各個像素區塊內上下像素值之差異，當差異值大於預定值時則累計區塊數量，以及計算此像素區塊之區塊液面高度。請接著參閱圖6，此處以像素區塊BP1說明之，電子裝置11接著將區塊內的複數個像素點(如P1~P9)劃分成給複數個子區塊(BS1~BS3)。若燈管所產生之亮點其像素值為255，而暗點之像素值為0，則各個子區塊的像素值總合以表1說明之：

由像素點的像素值可得知，子區塊BS2以及BS3為被待測液體131影響的標記元件14之第一影像部位21，而子區塊BS1則是未被待測液體131影響的標記元件14之第二影像部位23，而其接合處22即為液面位置。

接著電子裝置11計算子區塊間的差值，並判斷此差值是否符合亮度差異門檻值(例如：大於等於765)，當差值符合亮度差異門檻值時，則將目前差值區塊的相鄰位置視為液面位置。以上述案例說明之，具有最大差異值(Diff=|S1-S2|=|0-765|=765)之相鄰區塊為BS1以及BS2。因此P3以及P4為像素區塊BP1之液面位置。電子裝置11可藉由計算像素點於透光容器13之分布位置計算液面位置、或查詢內部記憶體的資料表得知前述像素點所代表之位置值為何，例如：透過內建之資料表得知P3以及P4代表液面位置為4公分。

像素區塊BP2~BP3之液面位置計算方式與上述相同，而當各個像素區塊BP可計算出液面位置時則累加區塊數量值。於此實施範例中，可計算出液面位置之像素區塊為BP1以及BP3，而BP2內之像素皆為相似值或同值(例如是全為255)無法求出液面位置，則此時找出液面高度的區塊數量值為2(BP1以及BP3)。

S204：判斷找出液面高度的區塊數量是否大於門檻值？若是則執行S205；若未大於門檻值則執行S206。前述之門檻值用於判斷透光容器13液內部是否為全滿或全空。本案於此實施範例中設定門檻值為1。

S205：從各個像素區塊之液面高度值取出中位數，並產生液面高度值。若目前找出液面高度的區塊數量區塊數為11個，而各個區塊之液面高度值為1公分、2公分、3公分、3公分、3公分、3公分、3公分、4公分、4公分、5公分、5公分，則中位數即為3公分。

S206：判斷液面全滿或全空，並輸出結果。當區塊數量值未達門檻值時，代表容器內為全滿或全空之狀態。請參閱圖7以及圖8，分 別為透光容器13之內容物為全空以及全滿之影像，此程序從透光容器13端部(下端)影像中，橫向取得複數個橫向像素點(PD1~PD13)，與前述液面高度判斷模式相似，此部分則是比對相鄰之橫向像素點之像素差值，來找出第一影像部位21之邊界。

舉例說明之，若橫向像素點集合{PD1,PD2}之總合(SUM=0+0=0)，與橫向像素點集合{PD4,PD5}之總合(SUM=255+255=500)有最大差值(Diff=500-0=500)時，則可找出位於第一影像部位21邊界之橫向像素點PD3。於圖7中，依循上述之影像處理程序後，可找出位於邊界之橫向像素點PD3、PD6、PD11、以及PD14，代表著透光容器13下端沒有液體，並判斷透光容器13為全空狀態；反之，當處理程序從透光容器13之端部(下端)遠離邊壁的影像中無法從橫向像素點(PD1~PD13)找出位於第一影像部位21邊界之橫向像素點時，代表透光容器13為全滿狀態。

上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

1‧‧‧液面高度檢測系統

11‧‧‧電子裝置

12‧‧‧影像擷取裝置

13‧‧‧透光容器

131‧‧‧待測液體

14‧‧‧標記元件

Claims (6)

1. 一種液面高度檢測系統，包含：透光容器，用於充填待測液體；標記元件，鄰近該透光容器；影像擷取裝置，該透光容器以及該標記元件位於該影像擷取裝置拍攝範圍內；以及電子裝置，電性連接該影像擷取裝置，並命令該影像擷取裝置取得該透光容器以及該標記元件之影像，其中該電子裝置係將該透光容器影像之縱向像素分佈劃分成複數個區塊，並依據相鄰區塊之像素差值以判別出該影像中被該待測液體影響之該標記元件之第一影像部位，以及尋找未被該待測液體影響之該標記元件之第二影像部位，並依據該第一影像部位以及第二影像部位之接合處判別該待測液體之液面高度。
2. 如請求項1所述之液面高度檢測系統，其中該電子裝置係分析該影像中鄰近透光容器端部影像之像素值，以判斷該透光容器為全滿或全空。
3. 如請求項1所述之液面高度檢測系統，其中該電子裝置係對該影像進行模糊處理，再分析該影像中被該待測液體影響之該標記元件之影像部位，以判別該待測液體之液面高度。
4. 一種液面高度檢測方法，應用於電子裝置，包含下列步驟：取得一影像，該影像包含用於充填待測液體之透光容器、以及鄰近該透光容器之標記元件；以及分析該影像中被該待測液體影響之該標記元件之影像部位，以將該透光容器影像之縱向像素分佈劃分成複數個區塊，並依據相鄰區塊之像素差 值以判別出該影像中被該待測液體影響之該標記元件之第一影像部位，以及尋找未被該待測液體影響之該標記元件之第二影像部位，並依據該第一影像部位以及第二影像部位之接合處判別該待測液體之液面高度。
5. 如請求項4所述之液面高度檢測方法，更分析該影像中鄰近透光容器端部影像之像素值，以判斷該透光容器為全滿或全空。
6. 如請求項4所述之液面高度檢測方法，係先對該影像進行模糊處理，再分析該影像中被該待測液體影響之該標記元件之影像部位，以判別該待測液體之液面高度。