一种基于机器视觉的液滴计数和速度测量方法技术

本发明专利技术公开一种基于机器视觉的液滴计数和速度测量方法，首先相机对准液滴可清晰成像区域并保持固定，采集用于液滴滴定的连续图像，采样频带为f的连续信号f(t)，相邻采样点之间的时间间隔Δt≤1/(2F)，相机所使用成像帧率至少为待测液滴滴速的两倍；然后，选取液滴成像的具体区域；接着，设定阈值对图像进行二值化处理，大于阈值的像素点值为1，小于阈值的像素点值为0；其次，统计ROI区域中的像素点值为1的数量，作为液滴判断的依据，每一帧可以得到一个数据；并绘制波形图；再接着，计算液滴的数量、滴速，最后实现闭环控制。本案可以同时对多个液滴进行实时动态监测，准确率高，提高自动化液体处理仪器的效率和自动化程度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉的液滴计数和速度测量方法
本专利技术属于溶剂定容
，特别涉及一种基于机器视觉的液滴计数和速度测量方法。
技术介绍
传统的液滴流速测量方法通常采用(1)机械称重式(2)红外光电式(3)电容计量式。在自动化液体处理仪器中，需要利用仪器替代人工操作实现分液、加液或滴定等过程，对液体的体积和流速具有较高的要求，需要精确测定液体的滴数、滴液产生的速度等参数。传统的液滴流速测量方式在应用于自动化液体处理仪器中难以适用，特别是对于多个液滴的同时监测，常用的液滴流速测量方法无法实现。目前本行业针对快速挥发溶剂体积的测定技术还不够成熟，且大多较为依赖复杂的测定装置，因此现有测定方法还尚待突破。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于机器视觉的液滴计数和速度测量方法，同时对多个液滴进行实时动态监测，准确率高，提高自动化液体处理仪器的效率和自动化程度。为达成上述目的，本专利技术的解决方案为：一种基于机器视觉的液滴计数和速度测量方法，包括以下步骤：S1相机选型和模式设定：相机的位置与液滴口相对静止，将液滴视为运动目标，使相机对准液滴可清晰成像区域并保持固定，采集用于液滴滴定的连续图像，采样频带为f的连续信号f(t)以离散的采样值f(t1),f(t1±Δt)，f(t1±2Δt)，...来表示，相邻采样点之间的时间间隔Δt≤1/(2F)，相机所使用成像帧率至少为待测液滴滴速的两倍；S2设定ROI：选取液滴成像的具体区域；S3图像二值化：设定阈值对图像进行二值化处理，大于阈值的像素点值为1，小于阈值的像素点值为0；S4获取像素点：由于设定ROI之后，ROI区域内总的像素数已经确定，总的像素数固定，统计ROI区域中的像素点值为1的数量，作为液滴判断的依据，每一帧可以得到一个数据；S5波形图绘制：对S4获取的数据进行波形图绘制；S6计算液滴的数量和滴速：通过数字信号处理的时域分析技术，设定阈值，提取每一个周期性波形中的波谷或波峰出现的位置，提取出波峰或波谷出现的位置，设Vi表示第i个波峰或波谷出现的位置，则波峰/波谷的数量即为液滴的数量n；计算出相邻液滴之间的时间差，设f表示图像采集的帧率，则相邻液滴的时间差T为(Vi+1-Vi)/f，即液滴的滴速为1/T；S7闭环控制：下一帧重复步骤S2，根据液滴的数量和滴速输出控制信号，实现对液滴的闭环控制。优选地，所述相机帧率为25fps。采用上述方案后，相较于现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术基于机器视觉的方式实现对加液、分液、滴定等过程的控制，与传统的机械称重式、红外光电式、电容式相比，本专利技术采用完全不同的的技术原理实现液滴状态实时监测，可以实现同时对多个液滴进行实时动态监测，并引入了数字信号分析与处理技术，将传统的图像处理方式与数字信号时域分析方法相结合，实现对液滴的数量和速度进行精确测量，提高自动化液体处理仪器的效率和自动化程度，与人工操作的方式对比，大大降低了操作误差，提高了效率，更进一步的，本专利技术能够用于液体滴定过程的标定和校准，可以将液滴的数量和液滴产生速度形成负反馈输入到控制系统中，形成闭环控制，最终实现对液滴的精确控制，满足各种自动化液体处理仪器的应用需求，降低了结构实现上的难度，只要相机/摄像头的帧率够高、成像够清晰，就可以用一个相机/摄像头完成对多个液滴口的液滴状态进行监测。附图说明图1是本专利技术一实施例的流程框图；图2是本专利技术一实施例ROI区域内图像二值化分布图；图3表示液滴未开始形成之前的图像；其中，图3-a表示相机拍摄的原始图像，图3-b表示选取图3-a中的ROI区域图；图4表示液滴形成之后的图像；其中，图4-a表示相机拍摄的原始图像，图4-b表示选取图4-a中的ROI区域图；图5表示液滴即将脱离液滴口的图像；其中，图5-a表示相机拍摄的原始图像，图5-b表示选取图5-a中的ROI区域图；图6表示液体以2mL/min的速度产生液滴经处理之后的波形图；图7表示液体以3mL/min的速度产生液滴经处理之后的波形图。具体实施方式以下结合附图及具体实施例对本专利技术做详细的说明。以对其中一个液滴口产生液滴进行监测说明本实施例。本专利技术提供一种基于机器视觉的液滴计数和速度测量方法，请参阅图1，图1为系统的完整流程图，包括以下步骤：S1相机选型和模式设定：相机的位置与液滴口相对静止，将液滴视为运动目标，使相机对准液滴可清晰成像区域并保持固定，采集用于液滴滴定的连续图像，根据奈奎斯特采样定理：采样频带为f的连续信号f(t)以离散的采样值f(t1),f(t1±Δt)，f(t1±2Δt)，...来表示，只要相邻采样点之间的时间间隔Δt≤1/(2F)，便可根据各采样值完全恢复原来的信号f(t)。本专利技术中相机的每一帧为待处理信号，为了实现对液滴数量的精确测定，相机所使用成像帧率至少为待测液滴滴速的两倍。液滴滴速指的是单位时间内液滴的数量。本实施例中所采用的相机帧率为25fps，可以测到的最大液滴滴速为12.5滴/秒，如果需要测到更高的滴速，则依据采样定理采用帧率更高的相机。本实时例中，所采用的液体为透明无色液滴，为了使其清晰成像，便于分辨液滴滴落情况，调整光源照射方向，使摄像头能清晰拍到液滴滴落的过程。S2设定ROI(regionofinterest，感兴趣区域)：选取液滴成像的具体区域；如图3，图4，图5所示分别为当液滴未产生，液滴产生到液滴脱离液滴口的瞬间所拍到的照片。液滴从产生到滴落是一个逐渐变大的过程，液滴产生之后，液滴逐渐变大，液滴大小与液体毛细作用、密度、管口直径等参数相关，达到临界条件之后，液滴与滴管管口分离，从管口滴落，依据液滴变化过程，可以判定图像中的液滴是否为同一液滴。S3图像二值化：如图2所示为各个像素值的数量，设定阈值对图像进行二值化处理，大于阈值的像素点值为1，小于阈值的像素点值为0；图3、图4、图5各图中右侧的图像均为ROI区域经过二值化处理之后的图像。S4获取像素点：由于设定ROI之后，ROI区域内总的像素数已经确定，总的像素数固定，统计ROI区域中的像素点值为1的数量，作为液滴判断的依据，每一帧可以得到一个数据。S5波形图绘制：如图6和图7所示，对S4获取的数据进行波形图绘制，波形图中周期性变化的曲线包含液滴的数量信息和滴速。S6计算液滴的数量和滴速：根据S5液滴的数量信息和滴速信息，通过数字信号处理的时域分析技术，设定阈值，提取每一个周期性波形中的波峰或波谷出现的位置，以波谷为例，提取出波谷出现的位置，设Vi表示第i个波谷出现的位置，则波谷的数量即为液滴的数量n；计算出相邻液滴之间的时间差，设f表示图像采集的帧率，则相邻液滴的时间差T为(Vi+1-Vi)/f，即液滴的滴速为1/T；S7闭环控制：下一帧重复步骤S2，根据液滴的数量和滴速输出控制信号，实现对液滴的闭环控制。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例，并非对本案设计的限本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于机器视觉的液滴计数和速度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1相机选型和模式设定：相机的位置与液滴口相对静止，将液滴视为运动目标，使相机对准液滴可清晰成像区域并保持固定，采集用于液滴滴定的连续图像，采样频带为f的连续信号f(t)以离散的采样值f(t1),f(t1±Δt)，f(t1±2Δt)，...来表示，相邻采样点之间的时间间隔Δt≤1/(2F)，相机所使用成像帧率至少为待测液滴滴速的两倍；/nS2设定ROI：选取液滴成像的具体区域；/nS3图像二值化：设定阈值对图像进行二值化处理，大于阈值的像素点值为1，小于阈值的像素点值为0；/nS4获取像素点：由于设定ROI之后，ROI区域内总的像素数已经确定，总的像素数固定，统计ROI区域中的像素点值为1的数量，作为液滴判断的依据，每一帧可以得到一个数据；/nS5波形图绘制：对S4获取的数据进行波形图绘制；/nS6计算液滴的数量和滴速：通过数字信号处理的时域分析技术，设定阈值，提取每一个周期性波形中的波谷或波峰出现的位置，提取出波峰或波谷出现的位置，设V

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的液滴计数和速度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1相机选型和模式设定：相机的位置与液滴口相对静止，将液滴视为运动目标，使相机对准液滴可清晰成像区域并保持固定，采集用于液滴滴定的连续图像，采样频带为f的连续信号f(t)以离散的采样值f(t1),f(t1±Δt)，f(t1±2Δt)，...来表示，相邻采样点之间的时间间隔Δt≤1/(2F)，相机所使用成像帧率至少为待测液滴滴速的两倍；
S2设定ROI：选取液滴成像的具体区域；
S3图像二值化：设定阈值对图像进行二值化处理，大于阈值的像素点值为1，小于阈值的像素点值为0；
S4获取像素点：由于设定ROI之后，ROI区域内总的像素数已经确定，总的像素数固定，统计ROI区域中的像素...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘育龙，高炳攀，林志杰，陈克彦，王泽源，
申请(专利权)人：睿科集团厦门股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35