一种基于图像识别的气象检测方法及用于检测的冷镜式露点仪技术

本发明专利技术涉及一种基于图像识别的气象检测方法及用于检测的冷镜式露点仪，对镜面进行清洁、采集镜面图像、计算结露亮度判定值、确定易结露区域、根据实时测量数据进行动态PID控制、获取露点凝结时的温度和露点消失时的温度，最终对两个温度进行数据融合得到精确的露点温度。本发明专利技术自动化程度高，检测精度佳。检测精度佳。检测精度佳。

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像识别的气象检测方法及用于检测的冷镜式露点仪


[0001]本专利技术涉及一种基于图像识别的气象检测方法及用于检测的冷镜式露点仪，属于气象检测


技术介绍

[0002]随着工业和科学技术的发展，人们对气体和水汽含量的监测变得越来越重要。在很多工业和科学领域，如气象学、化学工业、电子制造等，都需要准确地测量空气中的水汽含量。而露点是衡量空气中水汽含量的一个重要指标。露点温度是指在恒定气压下，空气中的水汽饱和后，温度下降到一定值时，水汽开始凝结成露点的温度。因此，露点温度可以用来反映空气中水汽的含量。
[0003]冷镜式露点仪是一种常用的测量露点温度的仪器。它的基本原理是通过将空气冷却到露点以下的温度，使水汽在冷凝器上凝结成水滴，然后使用一台相机拍摄冷镜上的水滴图像，通过图像处理算法分析水滴形状、数量等参数，计算出露点温度。传统的冷镜式露点仪需要手动操作，对操作人员的技能要求较高，而且容易受到人为误差的影响。为了提高测量的准确性和自动化程度，现在很多冷镜式露点仪采用自动控制系统，通过图像识别技术自动识别水滴，进行自动测量；然而其匹配的图像识别技术无法保证获取露点的准确度以及可靠性。
[0004]因此，亟需以冷镜式露点仪作为研究重点，既能提高自动化程度，同时能够提高检测精度。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种基于图像识别的气象检测方法及用于检测的冷镜式露点仪，自动化程度高，检测精度佳。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种基于图像识别的气象检测方法，具体包括以下步骤：
[0008]步骤S1：启动冷镜式露点仪，高压气体对冷镜镜面喷射进行清洁，完成清洁后制冷堆向冷镜底部施加反向电压加热直至冷镜镜面干燥；
[0009]步骤S2：同时启动发光二极管以及摄像头，向气室输入待测气体，摄像头采集冷镜的实时镜面图像，将采集的镜面图像发送至主控室；在若干镜面图像中选定检测图像；
[0010]步骤S3：多次测量，基于选定的检测图像，计算冷镜镜面未结露时由于检测误差引起的亮度变化方差σ1；
[0011]步骤S4：对气室第一次进行降温，启动动态PID控制器，根据实时获取的检测图像亮度L与亮度判定值目标值mσ1的偏差，调整动态PID控制器的参数；
[0012]步骤S5：当气室内温度降低直至检测图像亮度达到亮度判定值目标值后，即L＝mσ1，确定易结露区域，停止对气室降温；
[0013]步骤S6：将检测图像中易结露区域的像素点都标识为1，其余像素点标识为0，记作模板图像，将检测图像与模板图像进行与操作，得到只保留易结露区域的检测图像，记作ROI区域检测图像；
[0014]步骤S7：再次测量计算ROI区域检测图像中未结露时由于检测误差引起的亮度变化，多次测量计算其方差σ2，重新确定亮度判定值目标值mσ2作为判别结露的亮度临界值；
[0015]步骤S8：对气室第二次进行降温，再次启动动态PID控制器，根据实时检测图像亮度L与亮度判定值目标值mσ2的偏差，调整动态PID控制器的参数，计算ROI区域检测图像的亮度F，当系统降温至亮度判定值目标值，即F＝mσ2，立即停止降温，并记录此时的温度为露点温度T1；
[0016]步骤S9：气室逐渐升温，结露点逐步消失，当气室内温度升温至F＝σ2时，记录此时的温度为露点温度T2；
[0017]步骤S10：将露点温度T1以及露点温度T2以设定的权重进行计算得到露点温度，检测结束；
[0018]作为本专利技术的进一步优选，步骤S2中，将冷镜镜面未结露时的10帧图像累加平均后作为背景图像，后面采集的每10帧图像累加平均后减去背景图像作为检测图像；
[0019]作为本专利技术的进一步优选，步骤S3中，多次测量，计算未结露时由于检测误差引起的亮度变化方差σ1，计算公式为：
[0020][0021]其中，L为实时获取的检测图像亮度，L＝R*0.299+G*0.587+B*0.114，R，G，B分别为RGB颜色空间中红、绿、蓝三个颜色通道的值；为亮度变化平均值；n为测量次数；
[0022]取mσ1作为冷镜式露点仪结露的亮度判定值目标值，根据实验确定m＝6，并根据测量数据的最大值和最小值设置一个检测图像亮度L允许波动范围；
[0023]作为本专利技术的进一步优选，步骤S4中，当偏差大时，增大比例系数，降低积分时间常数，增大微分时间常数，以提高温度控制的响应速度和稳定性；当偏差小时，则相反；
[0024]作为本专利技术的进一步优选，步骤S5中，气室内温度降低直至L＝6σ1时，将当前检测图像进行中值滤波处理，选用2x2滤波核，去除两个或以下像素点干扰，并标识出零散分布的露点，确定为易结露区域，冷镜式露点仪立即停止降温；
[0025]作为本专利技术的进一步优选，步骤S10中，对分别读出的露点温度T1、露点温度T2进行数据融合，计算得到露点温度测量值，计算公式为：
[0026]T＝k T1+(1
‑
k)T2[0027]其中，k为权重系数，根据实验确定k＝0.7；
[0028]用于所述基于图像识别的气象检测方法的冷镜式露点仪，包括用于布设主控室的箱体，在箱体顶部中心位置布设制冷堆，气室位于制冷堆顶部，且气室相对制冷堆的底部嵌入冷镜，在冷镜中心位置嵌入铂电阻；
[0029]气室的顶部架设摄像头，摄像头的镜头正对冷镜中心，用于采集镜面图像；
[0030]在气室的两侧分别设置进气口以及出气口；设置出气口的侧壁还安装发光二极管，发光二极管发射的光线以设定入射角射向冷镜镜面；
[0031]在箱体的底部安装由风冷与水冷结合的散热构件；
[0032]箱体的一侧安装触摸屏；
[0033]主控制与制冷堆、摄像头、触摸屏以及散热构件均连通；
[0034]作为本专利技术的进一步优选，入射角为50
°
。
[0035]通过以上技术方案，相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：
[0036]1、本专利技术提供的基于图像识别的气象检测方法，通过先定位易结露区域，然后对易结露区域进行亮度检测，并且融合结露时的温度和露点消失时的温度，大大提高露点检测的准确度及可靠性；
[0037]2、本专利技术提供的匹配检测方法的冷镜式露点仪，通过摄像头拍摄镜面图像，根据拍摄的图片像素亮度的变化，判断镜面是否结露，为露点检测精准度打下基础；
[0038]3、本专利技术提供的基于图像识别的气象检测方法，可以有效地防止设备误检测露点问题的发生，提高生产设备的可靠性和稳定性，同时可以减少人工检测和维护的工作量，降低生产成本和提高效率。
附图说明
[0039]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。
[0040]图1是本专利技术提供的冷镜式露点仪的总体外观示意图；
[0041]图2是本专利技术提供的冷镜式露点仪的整体侧视图；
[0042]图3是本专利技术提供的冷镜式露点仪的侧视剖面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图像识别的气象检测方法，其特征在于：具体包括以下步骤：步骤S1：启动冷镜式露点仪，高压气体对冷镜镜面喷射进行清洁，完成清洁后制冷堆向冷镜底部施加反向电压加热直至冷镜镜面干燥；步骤S2：同时启动发光二极管以及摄像头，向气室输入待测气体，摄像头采集冷镜的实时镜面图像，将采集的镜面图像发送至主控室；在若干镜面图像中选定检测图像；步骤S3：多次测量，基于选定的检测图像，计算冷镜镜面未结露时由于检测误差引起的亮度变化方差σ1；步骤S4：对气室第一次进行降温，启动动态PID控制器，根据实时获取的检测图像亮度L与亮度判定值目标值mσ1的偏差，调整动态PID控制器的参数；步骤S5：当气室内温度降低直至检测图像亮度达到亮度判定值目标值后，即L＝mσ1，确定易结露区域，停止对气室降温；步骤S6：将检测图像中易结露区域的像素点都标识为1，其余像素点标识为0，记作模板图像，将检测图像与模板图像进行与操作，得到只保留易结露区域的检测图像，记作ROI区域检测图像；步骤S7：再次测量计算ROI区域检测图像中未结露时由于检测误差引起的亮度变化，多次测量计算其方差σ2，重新确定亮度判定值目标值mσ2作为判别结露的亮度临界值；步骤S8：对气室第二次进行降温，再次启动动态PID控制器，根据实时检测图像亮度L与亮度判定值目标值mσ2的偏差，调整动态PID控制器的参数，计算ROI区域检测图像的亮度F，当系统降温至亮度判定值目标值，即F＝mσ2，立即停止降温，并记录此时的温度为露点温度T1；步骤S9：气室逐渐升温，结露点逐步消失，当气室内温度升温至F＝σ2时，记录此时的温度为露点温度T2；步骤S10：将露点温度T1以及露点温度T2以设定的权重进行计算得到露点温度，检测结束。2.根据权利要求1所述的基于图像识别的气象检测方法，其特征在于：步骤S2中，将冷镜镜面未结露时的10帧图像累加平均后作为背景图像，后面采集的每10帧图像累加平均后减去背景图像作为检测图像。3.根据权利要求1所述的基于图像识别的气象检测方法，其特征在于：步骤S3中，多次测量，计算...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐慧强，邵成浩，王陆地，蒋戎政，丁锦延，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：