一种液体透视成像干扰滤波系统技术方案

本发明专利技术提供一种液体透视成像干扰滤波系统，包括硬件部分和软件算法部分。其中硬件部分包括：光源、光源滤光片、光源偏振片(选配)、相机、相机偏振片(选配)、遮光板、光源运动装置；软件算法部分包括：图像采集、疑似干扰提取、疑似干扰分割、分类、误判补偿。通过本发明专利技术的方法，可以准确分辨出液体内各种干扰，提高光学检测、测量等操作的准确性。上述优势使本发明专利技术具有前沿的技术特点和优良的推广价值。

【技术实现步骤摘要】
一种液体透视成像干扰滤波系统
本专利技术涉及自动化生产过程，特别是液体透视成像干扰滤波系统。
技术介绍
在工业领域，利用视觉技术对透明液体进行透视检测成像时，经常用到的方法是通过设置合适的光源、相机位置对容器进行拍摄，通过拍摄条件的确定性可控，以降低软硬件的设计难度和复杂度、降低成本、提高系统稳定性。液体中经常会混入气泡、固态物质等干扰，对成像造成干扰，我们往往需要在对液体透视成像时精确区分开液体、气泡和固态物质，以避免影响后续的处理流程。液体在流动、输送等过程中极易产生气泡，而且对于很多种类液体而言这种气泡消失的速度比较慢，导致其成为不可控的随机因素，当进行视觉处理时很容易成为严重的干扰因素，导致设备稳定性、准确率等关键指标显著下降，性能达不到工业使用要求。目前常用的消除气泡的方法主要包括硬件方法和软件方法，其中硬件方法包括：静置法、高速旋转法、增加蛇形缓冲、超声波消泡等。但是普遍存在的问题在于：1.占用空间大，时间长，导致需要在生产线上专门留出不小的空间来专门用于消泡，且效果不好，这对于高速生产线的空间占用几乎不可接受；2.成本高，需要专门采购设备和布局生产线，再加上维护成本，非常可观；3.效果不可控、适用性差，上述方法都是通过物理方法消除掉液体内的气泡，但其效果会受到温度、容器形状和表面特点、输送和设备稳定性等大量因素的影响而造成消泡效果不可控，另外液体粘稠度等特性对消泡效果具有决定性的影响，粘度略高的液体自然消泡需要几分钟的时间，这对高速在线装置很难实现；4.对主设备限制很大，消泡作为独立模块要求消泡后不能再有产生气泡的因素发生，但往往是难以满足的，例如容器在螺杆处的碰撞、旋转或翻转过程都会产生大量气泡，而此时已经容器已经处于消泡模块以后了，也难以再嵌入新的消泡模块来处理，导致消泡失败。软件的方法为通过气泡自身的视觉特征进行分辨，但仅在学术界进行研究，尚无法达到工业级应用的准确率和稳定性。液体中的固态物质往往由于液体制备、输送、存储过程中由于工艺、设备质量等原因混入的，为了精确识别和区分，我们将其分为白色物质和黑色物质。一般分别通过光的散射和吸光原理可以在成像过程中有所体现。所以，作为一个普遍存在但尚无良好解决方法的问题，如何通过高速、低成本、易于嵌入式的方式实现液体透视成像过程中气泡、白色物质和黑色物质等干扰的区分滤波，是液态生产、灌装等自动化领域亟待解决且具有显著应用价值的。
技术实现思路
本专利技术提供了一种液体透视成像干扰滤波系统，可以通过硬件的特定光学成像结构与软件的视觉算法相结合的方式，实现液体中气泡、白色物质和黑色物质等干扰的准确辨识和滤波，消除干扰对视觉处理的影响。本专利技术的技术方案是：一种液体透视成像干扰滤波系统，其特征在于：包括硬件部分和软件算法部分。其中硬件部分包括：光源、光源滤光片、光源偏振片(选配)、相机、相机偏振片(选配)、遮光板、光源运动装置。每个观测中的容器配备一套硬件部分。其中光源和相机安装于容器的两侧，采用背光照明；光源滤光片和光源偏振片安装于光源和测容器之间；相机偏振片安装于相机和待检测容器之间，其偏振方向与光源偏振片的偏振方向相垂直；遮光板单侧或双侧安装于光源上，处于容器侧面；光源运动装置与光源和遮光板相连用于控制其运动。软件算法部分包括：图像采集、疑似干扰提取、疑似干扰分割、分类、误判补偿。相机拍摄时除相机偏振片外其它硬件部分与容器相对静止。本专利技术所述的光源采用白光光源、单波段光源或特定复合波段光源，平面光源或弧形光源中的任意一种或多种组合。通过相机可观测到的容器区域背部光源区域为光源滤光片、光源偏振片所覆盖区域，容器周围区域背部光源区域为两侧其它区域，通过滤光片和偏振片的调制使上述两个区域存在显著的亮度或光谱差异。本专利技术光源的选择依据如下，根据待检测容器特性，从波段分可以选择白光光源、单波段光源或特定复合波段光源，如果容器为无色透明可任意选择以上三种，如果容器为某种颜色一般选择前两种。根据设备安装需求从形状分可选用平面光源或光源滤光片两侧区域向内弯曲或折叠等。本专利技术相机选择与光源向配合，使用黑白相机、彩色相机/多光谱相机，此方面为相关专业人员熟稔，不再赘述。利用遮光板阻隔相邻光源之间的干扰。光源和遮光板可能影响容器的运动轨迹，所以利用光源运动装置在相机不拍摄时移动光源和遮光板，以保证容器顺利运动。若拍摄方式为单相机拍摄，则可以省略遮光板；若不需要考虑液体内气泡与白色物质的区分，则可以省略光源偏振片和相机偏振片，所以上述两项硬件被标注为选配。软件算法部分分别获取有无相机偏振片时的图像，通过亮度或光谱特性提取疑似气泡、白色物质和黑色物质，以提取点作为参考进行图像获得疑似气泡区域，将特征输入分类器进行分类，最后利用图像分析补偿去除误判，完成气泡、白色物质和黑色物质的分辨。其中无相机偏振片时拍摄图像用于提取黑色物质和疑似气泡点，并利用其对图像进行分割获取黑色物质区域和疑似气泡分割区域，将该区域提取图像特征输入训练好的分类器进行最终判定，但可能存在白色物质被误判为气泡的情况。使用带相机偏振片时的图像提取白色物质，以此对白色物质被误判为气泡进行补偿。由上述技术方案可知，本专利技术的一种液体透视成像干扰滤波系统，通过硬件和软件算法两个部分的相互配合，可以准确识别出液体内的气泡、白色物质和黑色物质，具有：适用产品范围广；同时适用于单模块安装使用和多个模块组合排列使用；小型化，可以与现有装备相结合或嵌入现有装备中；同时适用于大尺寸和微小尺寸的气泡、白色物质和黑色物质；高准确率，稳定性高，达到工业应用水平，上述优势使本专利技术具有前沿的技术特点和优良的推广价值。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种液体透视成像干扰滤波系统系统硬件部分结构示意图。图2为本专利技术实施例提供的一种液体透视成像干扰滤波系统系统软件算法部分流程图。图3为传统背光方式拍摄的图像。图4为本专利技术实施例提供的一种液体透视成像干扰滤波系统中无偏振片时拍摄的图像。图5为本专利技术实施例提供的一种液体透视成像干扰滤波系统中有偏振片时拍摄的图像。附图标记：1为光源运动装置；2为光源；3为光源滤光片；4为光源偏振片；5为遮光板；6为待检测容器；7为相机偏振片；8为相机。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。参见图1，我们将光源光源2、光源滤光片光源滤光片3、光源偏振片光源偏振片4、遮光板遮光板5、待检测容器待检测容器6、相机相机8作为一个独立的干扰辨别模块，光源运动装置光源运动装置1可安装多个模块但每个模块可以独立控制运动，相机偏振片相机偏振片7与模块不固连。光源滤光片3、光源偏振片4贴于光源2上。光源滤光片3、光源偏振片4宽度一致，小于光源2的宽度，使光源2两侧露出。光源2、光源滤光片3、光源偏振片4的宽度与待检测容器6的直径、形态以及待检测容器6与光源2的距离有关。光源滤光片3、光源偏振片4宽度使相机8本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液体透视成像干扰滤波系统，其特征在于：包括硬件部分和软件算法部分，其中硬件部分包括：光源、光源滤光片、光源偏振片(选配)、相机、相机偏振片(选配)、遮光板、光源运动装置，每个观测中的容器配备一套硬件部分，其中光源和相机安装于容器的两侧，采用背光照明；光源滤光片和光源偏振片安装于光源和测容器之间；相机偏振片安装于相机和待检测容器之间，其偏振方向与光源偏振片的偏振方向相垂直；遮光板单侧或双侧安装于光源上，处于容器侧面；光源运动装置与光源和遮光板相连用于控制其运动，软件算法部分包括：图像采集、疑似干扰提取、疑似干扰分割、分类、误判补偿，相机拍摄时除相机偏振片外其它硬件部分与容器相对静止。/n

【技术特征摘要】
1.一种液体透视成像干扰滤波系统，其特征在于：包括硬件部分和软件算法部分，其中硬件部分包括：光源、光源滤光片、光源偏振片(选配)、相机、相机偏振片(选配)、遮光板、光源运动装置，每个观测中的容器配备一套硬件部分，其中光源和相机安装于容器的两侧，采用背光照明；光源滤光片和光源偏振片安装于光源和测容器之间；相机偏振片安装于相机和待检测容器之间，其偏振方向与光源偏振片的偏振方向相垂直；遮光板单侧或双侧安装于光源上，处于容器侧面；光源运动装置与光源和遮光板相连用于控制其运动，软件算法部分包括：图像采集、疑似干扰提取、疑似干扰分割、分类、误判补偿，相机拍摄时除相机偏振片外其它硬件部分与容器相对静止。


2.根据权利要求1所述的一种液体透视成像干扰滤波系统，其特征在于：所述的光源采用白光光源、单波段光源或特定复合波段光源，平面光源或弧形光源中的任意一种或多种组合。


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【专利技术属性】
技术研发人员：张淳，施陈博，张树君，陶凯，高晓宇，
申请(专利权)人：山东科技大学，山东明佳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37