基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测系统及方法，涉及通过测量流体流动的提升力而产生的液面高度装置技术领域。所述系统包括浮子流量计、视觉传感器、ARM+DSP双核处理器、无线信号收发器和上位机，浮子位于流量计待监测管道内，视觉传感器的镜头对准所述浮子流量计，用于采集所述浮子流量计的视觉信息；ARM+DSP双核处理器对所得视觉信息进行预处理并输出数字信号，所得信号经无线信号收发器传输至上位机进行处理。所述系统通过无线网络进行信息的传输，并通过无线网络自适应调节相机位置和流体流量，简化当前复杂的测量系统，并利用机器视觉技术来实现流量实时监测，测量方法简便、快捷、安全。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通过测量流体流动的提升力而产生的液面高度装置
，尤其涉及一种基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测系统及方法。
技术介绍
在工业自动化生产现场，为实现快速有效的生产，提高生产的稳定性，增强生产线的安全保障，以及生产出更优质的产品，往往需要对流量进行精确测量，并实现自动调节和智能控制，从而使生产结果更加完善。目前常用的流体小流量测量方法有差压法、吹气法和电容法等。现有测量方法在不同的应用场合要根据实际情况来设计完成相应的小流量传感器，该方法开发成本较高、周期较长。目前使用浮子流量计测量流体小流量方法还存在很多不足之处：机械式方法进行测量，测量精度低并且测量装置结构复杂，并且不易于远程控制。相机在测量现场长时间使用，易受环境影响，导致相机位置产生偏移。相机前后偏移会改变相机焦距导致成像模糊，而相机左右偏移会导致相机无法完整拍摄浮子流量计。同时电阻式和电容式方法测量，会增加转子重量，使测量精度受到影响，并且由于电阻式和电容式装置本身带有电，使得测量存在安全隐患。非接触式测量方法，如小波式测量，成本过高，不适合推广使用。此外，国内外对浮子流量计的数据读取普遍采用有线通信方式进行数据传输。该方法测量装置较复杂，且目前的短距离管理测量对工作位置和环境有很大的局限性，难以满足流体小流量的智能化、远程化管理测量。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测系统及方法，所述系统和方法通过无线网络进行信息的传输，并通过无线网络自适应调节相机位置和流体流量，简化当前复杂的测量系统。并利用机器视觉技术实现流量实时监测，达到远程流量实时监测与控制目的，此方法测量数据精度高，可靠性强，而且简便、快捷，安全，测量系统具有良好的环境适应能力，同时成本低。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测系统，其特征在于：包括浮子流量计、视觉传感器、浮子、ARM+DSP双核处理器、无线信号收发器和上位机，所述浮子位于流量计待监测管道内，用于检测管道内液体的流量，所述视觉传感器的镜头对准所述浮子流量计，用于采集所述浮子流量计的视觉信息；所采集视觉信息传输到ARM处理器，ARM做整个嵌入式系统，DSP系统对视觉信息预处理，并输出数字信号；输出数字信号经无线信号发射器通过无线网络与无线信号接收器进行数据传输，所述无线信号接收器的信号输出端与所述上位机的信号输入端连接，无线信号接收器将无线信号发射器发送来的浮子流量计视觉信息传输至上位机进行处理。进一步的技术方案在于：所述检测系统还包括流量控制阀和相机位置控制电机，所述上位机根据处理后的浮子流量计信息控制流量控制阀和电机动作，所述流量控制阀位于待检测的管道上，所述电机位
于相机三脚架支撑部位。进一步的技术方案在于：所述上位机包括图像采集模块、图像处理模块和流体流量和相机位置监测模块，浮子流量计图像经图像采集模块转换后将图像传输给图像处理模块，运算出流体流量和相机位置数据后传输给流体流量和相机位置监测模块，控制上位机自适应调节流体流量和相机位置。进一步的技术方案在于：所述图像采集模块包括图像显示窗口模块，所述图像显示窗口模块用于直接显示视觉传感器采集到的浮子流量计的实时图像信息，并存储在上位机中供图像处理模块调用，采用同一文件夹存储图像，每存储一幅图像覆盖上一幅图像。本专利技术还公开了一种基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：1)视觉传感器采集浮子流量计的视觉信息，将视觉传感器采集到的浮子流量计图像通过ARM+DSP双核处理器进行预处理，并输出数字信号经无线信号发射器传送给无线信号接收器，无线信号接收器将浮子流量计的图像信息传送给上位机进行处理；2)上位机首先粗略的提取出浮子流量计的图像，后通过寻找流量计边缘的方法定位流量计；再对图像信息中背景噪声滤除，通过开运算将图像中的高频噪点滤除，再次重新寻找浮子流量计边缘，精确定位浮子流量计，并计算出浮子流量计的位置；3)将精确定位后的浮子流量计图像进行迭代阈值分割获取图像分割阈值，即将图像信息二值化，清晰显现出浮子流量计的浮子图像，
并将浮子图像进行匹配，得到浮子在精确定位后的浮子流量计图像中的坐标，重新二值化流量计，计算出流量计刻度尺的尺寸；4)上位机通过上述步骤2)-3)得到的各种数据，将数据传输给流量和相机监测模块。进一步的技术方案在于：所述方法还包括上位机根据处理后的浮子流量计信息控制流量控制阀和相机位置控制电机动作的步骤。进一步的技术方案在于：所述步骤2)中精确定位流量计的过程如下：2-1)水平方向边缘检测使用差分边缘检测方法提取出浮子流量计图像；2-2)对图像进行垂直方向边缘检测，精确提取浮子流量计图像，然后对精确提取的流量计图像先进行图像增强，再对图像中噪声滤波；2-3)重新对图像进行水平和垂直方向边缘检测，重新定位流量计，并计算出浮子流量计的位置。进一步的技术方案在于：步骤3)中:3-1)为了防止光照不均导致流体小流量计图像难以处理问题，提出一种结合矩形框的加权均值算法，该方法能够准确地对光照不均图像进行二值化处理；3-2)对二值图像运用图像匹配技术，将待检测浮子图像和模板区域进行完整像素匹配，获取浮子所在区域；3-3)再次用以上方法二值化精确定位流量计，使流量计的刻度尺清晰地显现出来，从而计算出流量计刻度尺的尺寸，得到精确的流
体流量位置数据。进一步的技术方案在于：上位机内设有图像处理模块和流量和相机位置监测模块，图像处理模块处理图像得到流体流量和流量计位置数据后，将数据传输给流量和相机位置监测模块，进行如下操作：根据图像处理模块传输来的流体流量数据，绘制流量曲线图；对流体流量进行动态监控、预报；当检测的流体小流量和流量计位置不满足要求时，上位机将信号传输至现场控制器，现场控制器通过无线网络控制流量控制阀和电机，自适应调节流体流量和相机前后左右位置，或启动报警装置，等待人工处理。进一步的技术方案在于：运用图像匹配方法中的最大互相关法来确定匹配点位置，得到浮子在精确定位流量计图像中的坐标[X，Y]；最大互相关算法是利用浮子的子图像在目标图像，即精确定位流量计图像中按照一定的顺序进行搜寻，找到图像最匹配的坐标，得到最优解；浮子的子图像由初次使用时，精确定位由视觉传感器采集到的浮子流量计图像中的浮子图像；由最大互相关法算出的坐标[X，Y]为浮子图像最后一行最右边的点在精确定位浮子流量计图像上所对应的坐标，而浮子流量计刻度的读取是浮子图像第一行在精确定位流量计图像上所指向的刻度，浮子在精确定位图像中所读取的刻度纵坐标为由最大互相关法算出的纵坐标Y减去浮子的高H，即Y-H；采用在指定列找点的方法，找到刻度线，计算出流量计刻度尺的尺寸，步骤如下：取精确定位流量计后的图像长n的一半取整后值k为计算刻度尺尺寸用的列坐标；二值化后的精确定位流量计图像中流量计的刻度尺，背景为白色，刻度线为黑色，在该图像的第k列，自上而下搜索黑点，搜索到的第一个黑点的位置(X1，Y1)是流量计刻度尺上的最高的一根刻度线的位置，该坐标值的纵坐标Y1是该点自上而下数的行数，即流量计刻度尺上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测系统，其特征在于：包括浮子流量计(1)、视觉传感器(2)、浮子(3)、ARM+DSP双核处理器(4)、无线信号收发器(5)和上位机(6)，所述浮子(3)位于流量计待监测管道内，用于检测管道内液体的流量，所述视觉传感器(2)的镜头对准所述浮子流量计(1)，用于采集所述浮子流量计(1)的视觉信息；所采集视觉信息传输到ARM处理器，ARM做整个嵌入式系统，DSP系统对视觉信息预处理，并输出数字信号；输出数字信号经无线信号发射器通过无线网络与无线信号接收器进行数据传输，所述无线信号接收器的信号输出端与所述上位机(6)的信号输入端连接，无线信号接收器将无线信号发射器(4)发送来的浮子流量计视觉信息传输至上位机(6)进行处理。

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测系统，其特征在于：包括浮子流量计(1)、视觉传感器(2)、浮子(3)、ARM+DSP双核处理器(4)、无线信号收发器(5)和上位机(6)，所述浮子(3)位于流量计待监测管道内，用于检测管道内液体的流量，所述视觉传感器(2)的镜头对准所述浮子流量计(1)，用于采集所述浮子流量计(1)的视觉信息；所采集视觉信息传输到ARM处理器，ARM做整个嵌入式系统，DSP系统对视觉信息预处理，并输出数字信号；输出数字信号经无线信号发射器通过无线网络与无线信号接收器进行数据传输，所述无线信号接收器的信号输出端与所述上位机(6)的信号输入端连接，无线信号接收器将无线信号发射器(4)发送来的浮子流量计视觉信息传输至上位机(6)进行处理。2.如权利要求1所述的基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测系统，其特征在于：所述检测系统还包括流量控制阀和相机位置控制电机，所述上位机(6)根据处理后的浮子流量计信息控制流量控制阀和电机动作，所述流量控制阀位于待检测的管道上，所述电机位于相机三脚架支撑部位。3.如权利要求1所述的基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测系统，其特征在于：所述上位机(6)包括图像采集模块、图像处理模块和流体流量和相机位置监测模块，浮子流量计图像经图像采集模块转换后将图像传输给图像处理模块，运算出流体流量和相机位置数据后传输给流体流量和相机位置监测模块，控制上位机自适应调节流体流量和相机位置。4.如权利要求3所述的基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测系统，其特征在于：所述图像采集模块包括图像显示窗口模块，所述图像显示窗口模块用于直接显示视觉传感器采集到的浮子流量计的实时图像信息，并存储在上位机中供图像处理模块调用，采用同一文件夹存储图像，每存储一幅图像覆盖上一幅图像。5.一种基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：1)视觉传感器(2)采集浮子流量计(1)的视觉信息，将视觉传感器采集到的浮子流量计图像通过ARM+DSP双核处理器进行预处理，并输出数字信号经无线信号发射器传送给无线信号接收器，无线信号接收器将浮子流量计的图像信息传送给上位机(6)进行处理；2)上位机(6)首先粗略的提取出浮子流量计(1)的图像，后通过寻找流量计边缘的方法定位流量计；再对图像信息中背景噪声滤除，通过开运算将图像中的高频噪点滤除，再次重新寻找浮子流量计边缘，精确定位浮子流量计，并计算出浮子流量计的位置；3)将精确定位后的浮子流量计图像进行迭代阈值分割获取图像分割阈值，即将图像信息二值化，清晰显现出浮子流量计的浮子(3)图像，并将浮子图像进行匹配，得到浮子在精确定位后的浮子流量计图像中的坐标，重新二值化流量计，计算出流量计刻度尺的尺寸；4)上位机通过上述步骤2)-3)得到的各种数据，将数据传输给流量和相机监测模块。6.如权利要求5所述的基于机器视觉的浮子流量计在线流体小
\t流量检测方法，其特征在于：所述方法还包括上位机根据处理后的浮子流量计信息控制流量控制阀和相机位置控制电机动作的步骤。7.如权利要求5所述的基于机器视觉的浮子流量计在线流体小流量检测方法，其特征在于，所述步骤2)中精确定位流量计的过程如下：2-1)水平方向边缘检测使用差分边缘检测方法提取出浮子流量计图像；2-2)对图像进行垂直方向边缘检测，精确提取浮子流量计图像，然后对精确提取的流量计图像先进行图...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄丹平，郭康，田建平，
申请(专利权)人：四川理工学院，
类型：发明
国别省市：四川;51