TWI759778B - 流體監測系統及方法 - Google Patents

Abstract

本發明主要提供一種流體監測系統，主要是藉由一光源提供裝置提供一光源至一管體上，再透過一圖像偵測裝置擷取該管體內的一流體，而生成一動態影像，圖像偵測裝置再將動態影像傳輸給一處理元件，以透過處理元轉換成特徵影像，再依據特徵影像生成一流體資料。如此，利用一接收端或其他相關電子裝置，即可顯示流體資料，進而提供使用者判斷流體的流速及流量。

Description

流體監測系統及方法

本發明係關於一種監測流體的技術，尤指一種透過自動光學檢測技術，監測流體流量及流速之流體監測系統及方法。

傳統家庭或商業所用的流體流量表，通常包括有一些機械裝置，諸如伸縮囊或用以使統計裝置啟動之葉片或葉輪等。概略言之，機械刻度裝置乃用以表示通過計量表之流體總量，此等機械裝置皆非高度精確，尤其在低流量速率時，諸如需要保持指示燈者。

此外，當使用者針對加工機械進行潤滑之動作時，通常會因潤滑孔洞過小或其它相關因素，而使得先前技術之流體流量表無法有效地量測流體的流量或流速等數據，進而導致加工機械可能潤滑不足而損壞，或是潤滑油添加過多而造成浪費等情形產生。

因此，如何精確且有效地量測管內流體，以控制流體的流量及流速，即是現今必須克服的問題。

為解決前揭之問題，本發明之一目的在於提供一種流體監測系統，以藉由自動光學檢測技術，提供一圖像偵測裝置擷取流體的動態影像，再利用 一處理元件，依據動態影像的特徵值，生成一流體資料，以提供使用者或處理元件判斷流體的流速及流量。

為達上述之目的，本發明係提供一種流體監測系統，其包括：一光源提供裝置，其設置於一管體的周邊，光源提供裝置提供一光源照射於管體，並反射一反射光；一圖像偵測裝置，其設置於管體的周邊，以擷取管體內的流體動態影像；一處理元件，其接收動態影像，並依據動態影像的特徵值，將動態影像轉換成特徵影像，再依據特徵影像生成一流體資料；其中，動態影像包含複數特徵點。

較佳地，本發明之流體監測系統進一步包括：一光源校正元件，其設於管體與圖像偵測裝置之間，光源校正元件係用於改變反射光的光路，使反射光以正方向進入圖像偵測裝置。

較佳地，本發明之流體監測系統進一步包括：一補償光源裝置，其設置於管體的周邊，且與光源提供裝置之間具有一間距，補償光源裝置提供一補償光照射管體，其中，補償光照射管體的位置，係不同於光源照射管體的位置。

較佳地，本發明之流體監測系統進一步包括：一接收端，其接收流體資料，以將流體資料顯示至外。

較佳地，特徵值為灰階值。

較佳地，特徵點為流體的波浪紋路及氣泡的其中之一或二者以上之組合。

較佳地，處理元件再依據波浪紋路的面積值、氣泡的位移向量值的其中之一或二者以上之組合，推算流體的流量或流速，其中流量或流速為流體資料的其中一種。

為解決前揭之問題，本發明之另一目的在於提供一種流體監測方法，藉由光學的方式，提供一圖像偵測裝置獲取一流體的動態影像，再利用一處理元依據動態影像的特徵值生成一流體資料，以提供使用者判斷流體的流速及流量。

為達上述之另一目的，本發明係提供一種流體監測方法，其利用上述之流體監測系統，提供一流體資料，其方法包括：利用一光源提供裝置提供一光源照射管體，並產生一反射光；利用一圖像偵測裝置拍攝管體內的一流體，並產生動態影像，並將動態影像傳輸至一處理元件；利用處理元件，依據特徵值將動態影像轉換成特徵影像；利用處理元件，依據特徵影像生成流體資料；其中，動態影像包含複數特徵點。

較佳地，當光源提供裝置提供光源照射管體時，一光源校正元件改變反射光的光路，使反射光以正方向進入圖像偵測裝置。

較佳地，當光源提供裝置提供光源，並照射管體時，另一補償光源裝置亦提供一補償光照射於管體，且補償光照射於管體的位置與光源照射於管體的位置不同。

較佳地，本發明之流體監測方法進一步包括：利用一接收端接收流體資料，以將流體資料顯示至外界。

較佳地，特徵值係為灰階值。

較佳地，特徵點為流體的波浪紋路及氣泡的其中之一或二者以上之組合。

較佳地，本發明之方法更包括，利用處理元件依據波浪紋路的面積值、氣泡的位移向量值的其中之一或二者以上之組合，生成流體資料。

10:光源提供裝置

20:圖像偵測裝置

21:特徵資料

22:動態影像

23:特徵影像

30:處理元件

40:管體

41:流體

50:接收端

60:光源校正元件

70:補償光源裝置

E:邊緣

L:光源

CL:補償光

FP:特徵點

RL:反射光

PD:正向方向

S101-S108:步驟

圖1係為本發明之系統佈置示意圖；圖2係為本發明實施例之一動態影像照片；圖3係為本發明之圖像邊緣偵測示意圖；圖4係為本發明實施例之一特徵影像照片；圖5係為本發明之動態影像的灰階值差異圖；圖6係為本發明之流體特徵點示意圖；圖7係為本發明之另一實施例之系統佈置示意圖；圖8係為本發明之流體監測方法的步驟流程圖。

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，其係為本發明之系統佈置示意圖。本發明主要係由光源提供裝置10、圖像偵測裝置20、及處理元件30所組成，其中，光源提供裝置10設置於管體40的周邊，以提供光源L照射管體40，且因為管體40係為 透明管體，所以當光源L照射至管體40上時，光源L則會進一步透射至管體40內的流體41。

請參閱圖1及圖2，其係為本發明之系統佈置示意圖及實施例之一動態影像照片。圖像偵測裝置20係被設置於管體40的周邊，並擷取管體40內流動中的流體41，而擷取流體41的動態影像22，如圖2所示。更進一步來說，當光源提供裝置10提供光源L至流體41上時，流體41會反射光源L以形成反射光RL，而圖像偵測裝置20則會接收反射光RL，使得圖像偵測裝置20得以擷取到高解析度及高對比度的動態影像22。

請參閱圖3，其係為本發明之圖像邊緣偵測示意圖。當圖像偵測裝置20將動態影像22傳送至處理元件30後，處理元件30則會對動態影像22進行圖像邊緣偵測程序，而分析管體40二側之實際邊緣E。

請參閱圖4，其係為本發明實施例之一特徵影像照片。圖像邊緣偵測程序會分析動態影像22的特徵值，並以類比數位轉換之方式形成特徵資料21，並藉以將動態影像22二值化，而生成特徵影像23。在本發明之實施例中，特徵點FP為管體40內的氣泡，特徵值為動態影像22之灰階值，並利用處理元件30，依據特徵值對動態影像22進行二值化。

請參閱圖5，其係為本發明之動態影像的灰階值差異圖。進一步說明，本發明之處理元件30依據特徵值對動態影像22進行二值化的過程。當流體41停止流動或管體40尚未有流體41流動時，圖像偵測裝置20可先擷取管體40動態影像22，且處理元件30以此時的動態影像22為基準灰階值。其後，當流體41流動時，若動態影像22出現比基準灰階值的灰階值還高的高灰階值點， 或是比基準灰階值的灰階值還低的低灰階值點時，處理元件30即將高灰階值點轉換為白色，且將低灰階值點轉換為黑色，並生成二值化的特徵影像23。

請再參閱圖4，其係為本發明實施例之一特徵影像照片，且其中之特徵點FP為管體40內的氣泡。在本發明之實施例中，處理元件30將動態影像22進行二值化，使作為特徵點FP的氣泡，更容易在特徵影像23中被辨識。

請參閱圖6，其係為本發明之流體特徵點示意圖。處理元件30可依據特徵點FP在管體40的狀態變化，而計算流體41的流速及流量，以生成流體資料。舉例來說，流速通常可藉由下列之公式計算得出：流速(V)=位移(S)÷時間(T)

其中，位移(S)為任一特徵點FP，在特徵影像23中從第一影格到第二影格的過程中，所移動的距離，而時間(T)則是指第一影格與第二影格所間隔的時間，如此，即可計算出流體41的流速。其後，再依據所得之流速，以下列公式推導出實際流量(Q)：流量(Q)=流速(V)×管體截面積(A)

如此，處理元件30即可依據特徵點FP在管體40的狀態變化，而計算流體41的流速及流量，以生成流體資料。

在本發明之另一實施例中特徵點FP為流體41的波浪紋路，當流體41停止流動時，因為流體41的平面上呈靜止狀態，動態影像22及特徵影像23皆沒有任何波浪，故可判斷流體41係處於停止流動的狀態；而當流體41流動時，流體41的平面上則會產生複數波浪紋路，當流速較快時，通常流體波浪紋路的面積則會較大，而若流速較慢時，波浪紋路的面積則會較小，如此，處 理元件30即可透過計算在特徵影像23的波浪紋路的面積，而推得到流體的流量，以生成流體資料。

除此之外，處理元件30亦可同時以氣泡及波浪紋路為特徵點，並不僅限於上述之其中一種方式而已。

本發明之系統更包含接收端50，接收端50與處理元件30連接，當接收端50接收到來自處理元件30的流體資料時，即可將流體資料顯示出來，進而提供使用者得知流體41之流速及流量的數據為何。

本發明進一步設置有光源校正元件60，其設於管體40與圖像偵測裝置20之間，由於光源L通常會以斜向的角度照射至管體40，故流體41反射光源L時，並無法以直向的方向垂直反射至圖像偵測裝置20，故當圖像偵測裝置20獲取的動態影像22，可能會產生影像偏差，因此，當管體40內的流體41反射光源L時，光源校正元件60則改變反射光RL的光路，使反射光RL以正方向PD前進，且將反射光RL導引至圖像偵測裝置20的位置，如此，圖像偵測裝置20即可成像出無偏差的動態影像22。

請參閱圖7，其係為本發明之另一實施例之系統佈置示意圖。如圖所示，本發明進一步設有補償光源裝置70，其設於管體40的周邊，且與光源提供裝置20之間有一間距，補償光源裝置70提供補償光CL以照射於管體40，以補償光源L之不足。其中，補償光CL照射於管體40的位置，與光源L照射於管體40的位置不同，如此，補償光CL及光源L即可以環繞式的形式照射管體40，進以提供足夠的光亮度，以有效地進行後續之成像或分析等動作。

請參閱圖8，其係為本發明之流體監測方法的步驟流程圖。如圖所示，依據圖1至圖7所揭露之技術內容，本發明之流體監測系統，係可依據下列之流體監測方法動作，以提供流體資料：步驟101：利用光源提供裝置提供光源照射管體，並產生反射光；步驟102：利用圖像偵測裝置擷取管體內的流體，並產生動態影像，其中，動態影像包含複數特徵點；步驟103：將圖像偵測裝置擷取的動態影像傳輸至處理元件；步驟104：利用處理元件，依據特徵值將動態影像轉換成特徵影像；步驟105：利用處理元件，依據特徵影像生成流體資料。

其中，當光源提供裝置提供光源照射管體時，可進一步執行下列步驟：步驟106：利用光源校正元件，改變反射光的光路，使反射光以正方向進入圖像偵測裝置；步驟107：利用補償光源裝置提供補償光照射於管體，且補償光照射於管體的位置與光源照射於管體的位置不同。

當處理元件生成流體資料後，即可執行下列步驟：步驟108：利用一接收端接收流體資料，並將流體資料顯示至外界。

藉此，即可透過接收端顯示流體資料，以提供使用者判斷流體的流速及流量。

在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。

10:光源提供裝置

20:圖像偵測裝置

21:特徵資料

22:動態影像

23:特徵影像

40:管體

41:流體

50:接收端

60:光源校正元件

L:光源

RL:反射光

PD:正向方向

Claims (8)

1. 一種流體監測系統，其包括：一光源提供裝置，其設置於一管體的周邊，該光源提供裝置提供一光源照射該管體，並反射一反射光；一圖像偵測裝置，其設置於該管體的周邊，接收該反射光，以擷取該管體內的一流體的動態影像；以及一處理元件，其接收該動態影像，並依據該動態影像的灰階值，將該動態影像轉換成特徵影像，再依據該特徵影像生成一流體資料；其中，該動態影像包含至少一個該流體的氣泡；其中，該處理元件依據該流體的氣泡的位移向量值而生成該流體的流速；其中，該處理元件依據該流體的流速及該管體的截面積計算出該流體的流量。
2. 如申請專利範圍第1項所述之流體監測系統，其進一步包括：一光源校正元件，其設於該管體與該圖像偵測裝置之間，該光源校正元件改變該反射光的光路，使該反射光以正方向進入該圖像偵測裝置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之流體監測系統，其中，該動態影像更包含該流體的波浪紋路。
4. 如申請專利範圍第3項所述之流體監測系統，其中，該處理元件依據該波浪紋路的面積值及氣泡的位移向量值，而生成該流體的流速。
5. 一種流體監測方法，利用如申請專利範圍第1項所述之流體監測系統提供一流體資料，該流體監測方法包括：利用一光源提供裝置提供一光源照射一管體，並產生一反射光；利用一圖像偵測裝置接收該反射光，以擷取該管體內的一流體的動態影像，並將該動態影像傳輸至一處理元件；利用該處理元件，依據該灰階值將該動態影像轉換成特徵影像，再據該特徵影像生成該流體資料；其中，該動態影像包含至少一個該流體的氣泡；其中，該處理元件依據該流體的氣泡的位移向量值而生成該流體的流速；其中，該處理元件依據該流體的流速及該管體的截面積計算出該流體的流量。
6. 如申請專利範圍第5項所述之流體監測方法，其中，當該光源提供裝置提供該光源照射該管體時，一光源校正元件改變該反射光的光路，使該反射光以正方向進入該圖像偵測裝置。
7. 如申請專利範圍第5項所述之流體監測方法，其中，該動態影像更包含該流體的波浪紋路。
8. 如申請專利範圍第7項所述之流體監測方法，該方法更包括利用該處理元件，依據該波浪紋路的面積值及氣泡的位移向量值，生成該流體的流速。

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