用于通过计算机视觉应用检测流体的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种用于经由计算机视觉应用识别和监测系统(110)中和/或系统(110)的周围环境中的流体(105)的设备，该设备至少包括以下组件：

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于通过计算机视觉应用检测流体的方法和设备


[0001]本专利技术涉及一种用于通过计算机视觉应用检测和/或监测流体的方法和设备。

技术介绍

[0002]计算机视觉是一个快速发展的领域，因为大量使用能够经由传感器，诸如相机、诸如LiDAR或雷达的距离传感器以及基于结构光或立体视觉的深度相机系统(仅举几例)，收集关于其周围环境的信息的电子设备。这些电子设备提供待由计算机处理单元处理的原始图像数据，并且因此使用人工智能和/或计算机辅助算法形成对环境或场景的理解。存在可以如何形成对环境的该理解的多种方式。通常，形成2D或3D图像和/或地图，并且分析这些图像和/或地图以形成对场景和该场景中的对象的理解。用于改进计算机视觉的一个前景是测量场景中的对象的化学组成的成分。虽然作为2D或3D图像获取的环境中的对象的形状和外观可用于形成对环境的理解，但是这些技术具有一些缺点。
[0003]计算机视觉领域中的一个挑战是能够使用最少的传感器、计算能力、光探针等资源，以高准确度和低延迟标识每个场景内尽可能多的对象。多年来，对象标识过程被称为遥感、对象标识、分类、认证或识别。在本公开的范围内，计算机视觉系统标识场景中的对象的能力被称为“对象识别”。例如，计算机分析图片并且标识/标记该图片中的球，有时甚至更进一步的信息，诸如球的类型(篮球、足球、棒球)、品牌、背景等被归入术语“对象识别”。
[0004]通常，计算机视觉系统中用于识别对象的技术可以如下分类：
[0005]技术1：物理标签(基于图像)：条形码、二维码、序列号、文本、图案、全息图等。
[0006]技术2：物理标签(基于扫描/密切接触)：视角相关颜料、上转换颜料、因光异色、颜色(红/绿)、发光材料。
[0007]技术3：电子标签(无源)：RFID标签等。在没有电源的情况下连接到感兴趣对象的设备不一定可见但是可以以其他频率(例如无线电)操作。
[0008]技术4：电子标签(有源)：无线通信、光、无线电、车辆对车辆、车辆对任何事物(X)等。以各种形式发射信息的感兴趣对象上的供电设备。
[0009]技术5：特征检测(基于图像)：图像分析和标识，即，从侧视图对于汽车一定距离处的两个车轮；两只眼睛，鼻子和嘴巴(以该顺序)以用于面部识别等。这依赖于已知的几何形状/形状。
[0010]技术6：基于深度学习/CNN(基于图像)：用标记的汽车、面部等的图像的许多图片训练计算机，并且计算机确定特征以检测和预测感兴趣的对象是否存在于新区域中。需要针对待标识的每类对象重复训练过程。
[0011]技术7：对象跟踪方法：以特定顺序组织场景中的项目，并且在开始时标记有序对象。此后跟随场景中的具有已知颜色/几何形状/3D坐标的对象。如果对象离开场景并且重新进入，则“识别”为丢失。
[0012]在以下中，呈现上文所提到的技术中的一些缺点。
[0013]技术1：当图像中的对象被遮挡或仅对象的一小部分在视图中时，条形码、标志等
可能无法读取。此外，柔性物品上的条形码等可能变形，这限制了可见性。对象的所有侧面将必须携带大的条形码以从远处可见，否则仅在近距离并且仅以正确的取向可以识别对象。例如，当商店货架上对象上的条形码将被扫描时，这可能是一个问题。当在整个场景上操作时，技术1依赖于可能变化的环境照明。
[0014]技术2：由于归因于其小量子产率的低水平的发射光，因此上转换颜料在观看距离方面具有限制。它们需要强光探针。它们通常是不透明的和大颗粒的，这限制了涂料的选择。使它们的使用更加复杂的是以下事实：与荧光和光反射相比较，上转换响应更慢。虽然一些应用取决于所使用的化合物利用该独特响应时间，但是这仅在预先知道该传感器/对象系统的飞行距离时间时是可能的。在计算机视觉应用中，情况很少是这样。出于这些原因，防伪传感器具有用于读取的覆盖/黑暗部分、作为探针的1类或2类激光器以及与感兴趣对象的固定和有限距离以用于准确度。
[0015]类似地，视角相关颜料系统仅在近距离范围内工作并且需要以多个角度观看。而且，颜色对于视觉上令人愉悦的效果来说是不均匀的。必须管理入射光的光谱以获得正确的测量结果。在单个图像/场景内，具有角度相关彩色涂层的对象将具有沿着样本维度对相机可见的多种颜色。
[0016]基于颜色的识别是困难的，因为测量的颜色部分地取决于环境照明条件。因此，对于每个场景需要参考样本和/或受控照明条件。不同的传感器也将具有区分不同颜色的不同能力，并且将从一种传感器类型/制造商到另一种传感器类型/制造商而不同，需要用于每个传感器的校准文件。
[0017]在环境照明下基于发光的识别是富挑战性的任务，因为对象的反射和发光成分被添加在一起。通常，基于发光的识别将替代地使用暗测量条件和发光材料的激发区域的先验知识，因此可以使用正确的光探针/光源。
[0018]技术3：电子标签(诸如RFID标签)需要将电路、集电器和天线附接到感兴趣项目/对象，这增加了设计成本和复杂性。RFID标签提供存在或不存在的类型信息，但是不提供精确的位置信息，除非在场景上使用许多传感器。
[0019]技术4：这些主动方法需要将感兴趣对象连接到电源，这对于像足球、衬衫或一盒意大利面的简单物品来说成本高昂，并且因此不实际。
[0020]技术5：预测准确度很大程度上取决于图像的质量和在场景内的相机的位置，因为遮挡、不同的视角等可能容易地改变结果。标志类型图像可以存在于场景中的多个地方(即，标志可以在球、T恤、帽子或咖啡杯上)并且对象识别通过推理。对象的视觉参数必须以巨大的努力转换为数学参数。可以改变其形状的柔性对象是有问题的，因为每个可能的形状必须包括在数据库中。总是存在固有不确定性，因为类似形状的对象可能错误标识为感兴趣对象。
[0021]技术6：训练数据集的质量确定方法的成功。对于要识别/分类的每个对象，需要许多训练图像。与针对技术5相同的遮挡和柔性对象形状限制同样适用。需要用数千或更多的图像来训练每一类材料。
[0022]技术7：该技术在场景预先组织时有效，但是这很少是实际的。如果感兴趣对象离开场景或完全被遮挡，则除非与以上其他技术组合，否则无法识别该对象。
[0023]除了已经存在的技术的上文所提到的缺点之外，存在值得提到的一些其他挑战。
看到远距离的能力、看到小对象的能力或看到具有足够细节的对象的能力全部需要高分辨率成像系统，即，高分辨率相机、LiDAR、雷达等。高分辨率的需求增加了相关联的传感器成本并且增加了要处理的数据量。
[0024]对于像自动驾驶或安全一样需要即时响应的应用，延迟是另一重要方面。需要处理的数据量确定是边缘计算还是云计算对于应用是适当的，后者仅在数据负载小的情况下是可能的。当边缘计算与繁重的处理一起使用时，操作系统的设备变得更大，并且限制易用性和因此实施性。
[0025]因此，需要适合于改进用于计算机视觉应用的对象识别能力的系统和方法。特别地，识别或感测不为固体表面的部分的分子提出了独特的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于经由计算机视觉应用识别和监测系统(110)中和/或所述系统(110)的周围环境中的流体(105)的设备，所述设备至少包括以下组件：
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至少一种发光染料(106)，每种发光染料(106)具有染料特定反射和发光光谱图案并且被配置为添加到所述流体(105)中，
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光源(101)，其包括至少两个发光体并且被配置为通过在所述至少两个发光体之间切换来照射包括所述系统(110)和/或所述系统(110)的周围环境的场景(111)，其中，所述两个发光体中的至少一个基于至少一个固态系统，
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传感器(102)，其被配置为当所述场景由所述光源(101)照射时测量所述场景的辐射数据，
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数据处理单元(103)，其被配置为当所述场景(111)由所述光源(101)照射时，确定是否能够从所述场景(111)的所述辐射数据中检测到所述染料特定发光光谱图案，并且在能够从所述辐射数据中检测到所述染料特定发光光谱图案的情况下，标识已添加了所述染料(106)的流体(105)。2.根据权利要求1所述的设备，用于经由计算机视觉应用监测所述系统(110)泄露，所述系统(110)使用所述流体(105)作为操作介质，其将被连续输送通过所述系统(110)，其中，
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所述数据处理单元(103)被配置为当所述场景(111)由所述光源(101)照射时，确定所述染料特定发光光谱图案是否能够从所述场景(111)的所述辐射数据提取，以及，在能够从所述辐射数据中提取所述染料特定发光光谱图案的情况下，标识所述系统(110)的泄露。3.根据权利要求1或2所述的设备，还包括：输出单元，其被配置为在能够从所述辐射数据中提取所述染料特定发光光谱图案的情况下执行和/或启动预定义动作。4.根据权利要求1、2或3所述的设备，其包括多种不同的染料(106)，所述不同的染料(106)具有不同的染料特定反射和发光光谱图案并且被配置为添加到所述系统(110)内的不同流体路径中的流体(105)中，因此在能够从所述辐射数据中提取所述染料特定发光光谱图案之一的情况下，使能所标识的流体(105)的定位，特别是在所述设备用于泄露检测的情况下所标识的泄露的定位。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的设备，其包括具有发光光谱图案以及恰当分配的相应染料的数据存储单元(104)，其中，所述数据处理单元(103)被配置为通过使用所提取的染料特定发光光谱图案与存储在所述数据存储单元(103)中的发光光谱图案之间的任何数量的匹配算法将所提取的染料特定发光光谱图案与存储的发光光谱图案匹配，来标识所述至少一种染料的所述染料特定发光光谱图案。6.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述传感器(102)是高光谱相机或多光谱相机。7.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述光源101是具有两个发光体的可切换光源，每个发光体包括一个或多个LED并且在所述两个发光体之间具有短的切换时间。8.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其中，所述传感器(102)与所述光源(101)的切换同步以一次仅发出来自所述至少两个发光体之一下的所述场景(111)和/或所述场景(111)的周围环境的所述辐射数据。
9.一种用于经由计算机视觉应用识别和监测系统中和/或所述系统的周围环境中的流体的方法，所述方法至少包括以下步骤：

【专利技术属性】
技术研发人员：Y，
申请(专利权)人：巴斯夫涂料有限公司，
类型：发明
国别省市：