一种通风柜开窗面积测量方法和系统以及一种控制器与流程

本发明涉及工业通风技术领域，特别是通风柜技术领域，具体为一种通风柜开窗面积测量方法和系统以及一种控制器。

背景技术：

实验室通风是实验室设计中不可缺少的一个组成部分。为了使实验室工作人员不吸入或咽入一些有毒的、可致病的或毒性不明的化学物质和有机体、实验室中应有良好的通风。为阻止一些蒸气、气体和微粒(烟雾、煤烟、灰尘和气悬体)的吸收，污染物质须用通风柜、通风罩或局部通风的方法除去。通风柜是实验室中最常用的一种局部排风设备，种类繁多，由于其结构不同，使用的条件不同，其排风效果也不相同。通风柜的性能好环，主要取决于通过通风柜空气移动的速度。使用通风柜的最大目的是排出实验中产生的有害气体，保护实验人员的健康，也就是说要有高度的安全性和优越的操作性。由于通风柜在生化实验室中占有非常重要的位置，从改善实验室环境、改善劳动卫生条件，提高工作效率等方面考虑，通风柜的使用台数飞跃地增加。随之而来的是通风管道，配管、配线、排风等都成为实验室建设的重要课题。实验室气流系统中变风量通风柜为保持安全的面风速进行变风量控制。

通常上下开窗的通风柜开窗大小是通过安装拉索式测距传感器测量开窗的大小，但市面上同时存在左右开窗以及异形窗的通风柜，无法通过安装拉索式测距传感器进行测量。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种通风柜开窗面积测量方法和系统以及一种控制器，用于解决现有技术中无法测量左右开窗和异形窗的通风柜的开窗大小的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明的实施例提供一种通风柜开窗面积测量方法，所述通风柜开窗面积测量方法包括：采集通风柜的窗口图像并对所述窗口图像进行处理形成窗口的三维点云图像；识别所述窗口的三维点云图像中上下可移动窗的移动边沿于所述三维点云图像中的位置信息；根据所述移动边沿于所述三维点云图像中的位置信息获取所述移动边沿相对于所述窗口固定边沿的高度；根据所述移动边沿相对于所述窗口固定边沿的高度和所述窗口固定边沿的长度获取所述通风柜的实时开窗面积，并将所述通风柜的实时开窗面积输出至控制通风柜风量的执行机构，以使得所述执行机构根据通风柜的实时开窗高度对通风柜的风量进行调节。

于本发明的一实施例中，利用一双目摄像头采集所述通风柜的窗口图像。

于本发明的一实施例中，利用一红外光源用于在光线不足时对所述双目摄像头进行补光。

于本发明的一实施例中，在形成窗口的三维点云图像之后，还包括对所述维点云图像中的窗口图像进行定位校准。

于本发明的一实施例中，所述识别所述窗口的三维点云图像中上下可移动窗的移动边沿于所述三维点云图像中的位置信息具体包括：收集所述三维点云图像中距离窗口平面预设距离内的点云数据；对收集的点云数据进行聚类分割，形成窗面点云数据和窗沿点云数据；获取所述窗沿点云数据中移动边沿于所述三维点云图像中的位置信息。

本发明的实施例还提供一种通风柜开窗面积测量系统，所述通风柜开窗面积测量系统包括：图像采集模块，用于采集通风柜的窗口图像；图像处理模块，用于对所述窗口图像进行处理形成窗口的三维点云图像，识别所述窗口的三维点云图像中上下可移动窗的移动边沿于所述三维点云图像中的位置信息并根据所述移动边沿于所述三维点云图像中的位置信息获取所述移动边沿相对于所述窗口固定边沿的高度；数据输出模块，用于根据所述移动边沿相对于所述窗口固定边沿的高度和所述窗口固定边沿的长度获取所述通风柜的实时开窗面积并将所述通风柜的实时开窗面积输出至控制通风柜风量的执行机构，以使得所述执行机构根据通风柜的实时开窗高度对通风柜的风量进行调节。

于本发明的一实施例中，所述图像采集模块包括：一用于采集所述通风柜的窗口图像的双目摄像头。

于本发明的一实施例中，所述通风柜开窗面积测量系统还包括：一红外光源模块，用于在光线不足时对所述双目摄像头进行补光。

于本发明的一实施例中，所述图像处理模块还用于在形成窗口的三维点云图像之后，对所述维点云图像中的窗口图像进行定位校准。

于本发明的一实施例中，所述图像处理模块具体包括：收集单元，用于收集所述三维点云图像中距离窗口平面预设距离内的点云数据；聚类分割单元，用于对收集的点云数据进行聚类分割，形成窗面点云数据和窗沿点云数据；获取单元，用于获取所述窗沿点云数据中移动边沿于所述三维点云图像中的位置信息。

本发明的实施例还提供一种控制器，所述控制器包括如上所述的通风柜开窗面积测量系统中的图像处理模块，所述控制器与控制通风柜风量的执行机构相连，所述控制器将图像处理模块获取的通风柜的实时开窗面积发送至所述执行机构，以使得所述执行机构根据通风柜的实时开窗高度对通风柜的风量进行调节。

如上所述，本发明的一种通风柜开窗面积测量方法和系统以及一种控制器，具有以下有益效果：

1、本发明利用双目摄像头采集通风柜的窗口图像，并对所述窗口图像进行处理形成窗口的三维点云图像，识别所述窗口的三维点云图像中上下可移动窗的移动边沿于所述三维点云图像中的位置信息，根据所述移动边沿于所述三维点云图像中的位置信息获取所述移动边沿相对于所述窗口固定边沿的高度，根据所述移动边沿相对于所述窗口固定边沿的高度和所述窗口固定边沿的长度获取所述通风柜的实时开窗面积，将所述通风柜的实时开窗面积输出至控制通风柜风量的执行机构，以使得所述执行机构根据通风柜的实时开窗高度对通风柜的风量进行调节，所以本发明能够进行非接触式的开窗高度的测量，有效解决现有技术中无法测量左右开窗和异形窗的通风柜的开窗大小的问题。

2、本发明替代了传统的接触式的传感器，具有广泛的扩展性，有利于通风柜以及实验室的智能化。

3、本发明安装方便，具有较强的通用性和实用性。

附图说明

图1显示为本发明的一种通风柜开窗面积测量方法的流程示意图。

图2显示为本发明的一种通风柜开窗面积测量系统的原理示意图。

图3显示为本发明的一种通风柜开窗面积测量系统中通风柜的整体结构示意图。

图4显示为本发明的一种通风柜开窗面积测量系统中圆柱标定物的放置位置示意图。

图5显示为本发明的一种通风柜开窗面积测量系统中图像处理模块的原理示意图。

图6显示为本发明的一种控制器的原理示意图。

元件标号说明

100通风柜开窗面积测量系统

101图像采集模块

102图像处理模块

1021收集单元

1022聚类分割单元

1023获取单元

103数据输出模块

2通风柜

3窗口

301移动边沿

302窗口固定边沿

4控制器

s101～s104步骤

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图6。须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明的目的在于提供一种通风柜开窗面积测量方法和系统以及一种控制器，用于解决现有技术中无法测量左右开窗和异形窗的通风柜的开窗大小的问题。以下将详细阐述本发明的一种通风柜开窗面积测量方法和系统以及一种控制器的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本发明的一种通风柜开窗面积测量方法和系统以及一种控制器。

本实施例提供一种通风柜开窗面积测量方法和系统以及一种控制器，通过双目成像采集，利用双目图像实现对操作窗的位置定位，进而实现对操作窗的有效控制，其主要特点是由双目摄像头对调节窗口进行取景，获取点云数据，将获取的点云数据在处理器中进行处理，识别窗沿位置，根据处理的结果，将开窗面积数据发送给执行机构，对风量进行调节。本实施例不单适用于测量上下开窗的通风柜的开窗高度，也适用于测量左右开窗和异形窗的通风柜的开窗高度。本实施例替代了传统的接触式的传感器，具有广泛的扩展性，有利于通风柜以及实验室的智能化。

如图1所示，本实施例提供一种通风柜开窗面积测量方法，具体地，在本实施例中，所述通风柜开窗面积测量方法包括以下步骤：

步骤s101，采集通风柜的窗口图像并对所述窗口图像进行处理形成窗口的三维点云图像。

具体地，于本实施例中，利用一双目摄像头采集所述通风柜的窗口图像。其中，所述双目摄像头可安装于通风柜的顶边中心处并朝向通风柜的窗口，由于双目摄像头具有两个摄像头，双目摄像头位于窗口的顶部的中心处，这样采集到的通风柜的窗口的窗口图像更清晰完整均匀，有利于图像处理识别，提高识别精度。

对所述窗口图像进行处理形成窗口的三维点云图像中，其中，点云是在和目标表面特性的海量点集合，在获取物体表面每个采样点的空间坐标后，得到的是一个点的集合，称之为点云。在逆向工程中通过测量仪器得到的产品外观表面的点数据集合也称之为点云，通常使用三维坐标测量机所得到的点数量比较少点与点的间距也比较大，叫稀疏点云；而使用三维激光扫描仪或照相式扫描仪得到的点云点数量比较大并且比较密集，叫密集点云，其中，根据摄影测量原理得到的点云，包括三维坐标(xyz)和颜色信息(rgb)。所以本实施例中，根据对所述双目摄像头采集所述通风柜的窗口图像进行处理形成窗口的三维点云图像包括三维坐标(xyz)和颜色信息(rgb)。

此外，于一实施例中，利用一红外光源用于在光线不足时对所述双目摄像头进行补光，其中红外光源除了用于补充光线外还可以减少其他光线的干扰。

步骤s102，识别所述窗口的三维点云图像中上下可移动窗的移动边沿于所述三维点云图像中的位置信息。

于本实施例中，在形成窗口的三维点云图像之后，还包括对所述维点云图像中的窗口图像进行定位校准，目的是对操作的通风柜的窗口进行定位。

对所述维点云图像中的窗口图像进行定位校准的具体过程如下：

首先去除三维点云图像中无效点的干扰，然后利用ransac(randomsampleconsensus)获取通风柜操作台所在平面以及平面方程参数，所述操作台平面包含双目摄像头能够获取所照射范围内所有物体，包括窗沿、物品、桌面等，利用ransac通过三维点云获取操作台面平面方程a*x+b*y+c*z+d＝0，其中(a，b，c，d)为能表示操作台面的平面参数。其中，ransac是根据一组包含异常数据的样本数据集，计算出数据的数学模型参数，得到有效样本数据的算法；然后移除操作台所在平面内的数据点，沿着窗口方向水平放置一个标定物，例如圆柱标定物，利用ransac获取圆柱标定物的方程参数，根据所述操作台平面方程参数和圆柱标定物的方程参数计算操作窗口平面方程及参数。

具体地，位于开窗所在平面内的操作台平面放置一个圆柱标定物，在移除操作台平面上的点后，利用ransac算出圆柱体参数，包括轴上一点(x,y,z)，轴的方向向量(x,y,z)及半径r，这7个参数可以确定一个圆柱柱面，结合操作台面平面(a,b,c,d)、圆柱参数点(x,y,z)和方向(x,y,z)、操作台平面⊥开窗平面、圆柱轴线∈开窗平面、圆柱轴线∥操作台平面等条件可以计算出窗面方程参数。

步骤s103，根据所述移动边沿于所述三维点云图像中的位置信息获取所述移动边沿相对于所述窗口固定边沿的高度。

于一实施例中，所述根据所述移动边沿于所述三维点云图像中的位置信息获取所述移动边沿相对于所述窗口固定边沿的高度包括：

收集所述三维点云图像中距离窗口平面预设距离内的点云数据。例如，收集三维点云图像数据中距离窗口平面5cm距离内的点云数据，标记为点云数据c1。

然后对收集的点云数据进行聚类分割，形成窗面点云数据和窗沿点云数据，即对点云数据c1进行聚类分割，分割结果包括：窗面点云数据和窗沿点云数据。

最后获取所述窗沿点云数据中移动边沿于所述三维点云图像中的位置信息，具体地，根据分割后的点云数据(窗面点云数据和窗沿点云数据)形态特性对点云进行归类，同时计算窗沿距离窗口平面方程的最大距离，该最大距离即为所述移动边沿相对于所述窗口固定边沿的高度。

步骤s104，根据所述移动边沿相对于所述窗口固定边沿的高度和所述窗口固定边沿的长度获取所述通风柜的实时开窗面积，并将所述通风柜的实时开窗面积输出至控制通风柜风量的执行机构，以使得所述执行机构根据通风柜的实时开窗高度对通风柜的风量进行调节。

所以本实施例的通风柜开窗高度的测量方法能够进行非接触式的开窗高度的测量，有效解决现有技术中无法测量左右开窗和异形窗的通风柜的开窗大小的问题。

为实现上述一种通风柜开窗高度的测量方法，本实施例还提供一种通风柜开窗面积测量系统100，如图2所示，所述通风柜开窗面积测量系统100包括：图像采集模块101，图像处理模块102和数据输出模块103。

于本实施例中，所述图像采集模块101用于采集通风柜的窗口图像。

于本实施例中，所述图像采集模块101包括：用于采集所述通风柜的窗口图像的双目摄像头。

即于本实施例中，如图3所示，利用一双目摄像头采集所述通风柜2的窗口3图像。其中，所述双目摄像头可安装于通风柜2的顶边中心处并朝向通风柜2的窗口3，由于双目摄像头具有两个摄像头，双目摄像头位于窗口3的顶部的中心处，这样采集到的通风柜2的窗口3的窗口图像更清晰完整均匀，有利于图像处理识别，提高识别精度。

于本发明的一实施例中，所述通风柜2开窗面积测量系统100还包括：一红外光源模块，用于在光线不足时对所述双目摄像头进行补光，其中所述红外光源模块除了用于补充光线外还可以减少其他光线的干扰。

于本实施例中，所述图像处理模块102用于对所述窗口图像进行处理形成窗口3的三维点云图像，识别所述窗口的三维点云图像中上下可移动窗的移动边沿于所述三维点云图像中的位置信息并根据所述移动边沿于所述三维点云图像中的位置信息获取所述移动边沿相对于所述窗口3固定边沿的高度。

其中，点云是在和目标表面特性的海量点集合，在获取物体表面每个采样点的空间坐标后，得到的是一个点的集合，称之为点云。在逆向工程中通过测量仪器得到的产品外观表面的点数据集合也称之为点云，通常使用三维坐标测量机所得到的点数量比较少点与点的间距也比较大，叫稀疏点云；而使用三维激光扫描仪或照相式扫描仪得到的点云点数量比较大并且比较密集，叫密集点云，其中，根据摄影测量原理得到的点云，包括三维坐标(xyz)和颜色信息(rgb)。所以本实施例中，根据对所述双目摄像头采集所述通风柜2的窗口图像进行处理形成窗口3的三维点云图像包括三维坐标(xyz)和颜色信息(rgb)。

于一实施例中，所述图像处理模块102还用于在形成窗口3的三维点云图像之后，对所述维点云图像中的窗口图像进行定位校准。

所述图像处理模块102对所述维点云图像中的窗口图像进行定位校准的具体过程如下：

首先去除三维点云图像中无效点的干扰，然后利用ransac(randomsampleconsensus)获取操作台所在平面以及平面方程参数，所述操作台平面包含双目摄像头能够获取所照射范围内所有物体，包括窗沿、物品、桌面等，利用ransac通过三维点云获取操作台面平面方程a*x+b*y+c*z+d＝0，其中(a，b，c，d)为能表示操作台面的平面参数。其中，ransac是根据一组包含异常数据的样本数据集，计算出数据的数学模型参数，得到有效样本数据的算法；然后移除操作台所在平面内的数据点，沿着窗口3方向水平放置一个圆柱标定物，利用ransac获取圆柱标定物的方程参数，根据所述操作台平面方程参数和圆柱标定物的方程参数计算操作窗口平面方程及参数。

具体地，如图4所示，位于开窗所在平面内的操作台平面放置一个圆柱标定物，在移除操作台平面上的点后，利用ransac算出圆柱体参数，包括轴上一点(x,y,z)，轴的方向向量(x,y,z)及半径r，这7个参数可以确定一个圆柱柱面，结合操作台面平面(a,b,c,d)、圆柱参数点(x,y,z)和方向(x,y,z)、操作台平面⊥开窗平面、圆柱轴线∈开窗平面、圆柱轴线∥操作台平面等条件可以计算出窗面方程参数。

于一实施例中，如图5所示，所述图像处理模块102具体包括：

收集单元1021，用于收集所述三维点云图像中距离窗口平面预设距离内的点云数据；例如，收集三维点云图像数据中距离窗口平面5cm距离内的点云数据，标记为点云数据c1。

聚类分割单元1022，用于对收集的点云数据进行聚类分割，形成窗面点云数据和窗沿点云数据，即对点云数据c1进行聚类分割，分割结果包括：窗面点云数据和窗沿点云数据。

获取单元1023，用于获取所述窗沿点云数据中移动边沿于所述三维点云图像中的位置信息。

具体地，根据分割后的点云数据(窗面点云数据和窗沿点云数据)形态特性对点云进行归类，同时计算窗沿距离窗口平面方程的最大距离，该最大距离即为所述移动边沿相对于所述窗口3固定边沿的高度。

于本实施例中，所述数据输出模块103用于根据所述移动边沿相对于所述窗口3固定边沿的高度和所述窗口3固定边沿的长度获取所述通风柜2的实时开窗面积并将所述通风柜2的实时开窗面积输出至控制通风柜2风量的执行机构，以使得所述执行机构根据通风柜2的实时开窗高度对通风柜2的风量进行调节。

所以本实施例的通风柜2开窗高度的测量系统能够进行非接触式的开窗高度的测量，有效解决现有技术中无法测量左右开窗和异形窗的通风柜2的开窗大小的问题。

此外，如图6所示，本实施例还提供一种控制器4，所述控制器4中包含有如上所述的通风柜2开窗面积测量系统100中的图像处理模块102，所述控制器4与控制通风柜2风量的执行机构相连，所述控制器4将图像处理模块102获取的通风柜2窗的实时开窗面积发送至所述执行机构，以使得所述执行机构根据通风柜2窗的实时开窗高度对通风柜2的风量进行调节。

综上所述，本发明利用双目摄像头采集通风柜的窗口图像，并对所述窗口图像进行处理形成窗口的三维点云图像，识别所述窗口的三维点云图像中上下可移动窗的移动边沿于所述三维点云图像中的位置信息，根据所述移动边沿于所述三维点云图像中的位置信息获取所述移动边沿相对于所述窗口固定边沿的高度，根据所述移动边沿相对于所述窗口固定边沿的高度和所述窗口固定边沿的长度获取所述通风柜的实时开窗面积，将所述通风柜的实时开窗面积输出至控制通风柜风量的执行机构，以使得所述执行机构根据通风柜的实时开窗高度对通风柜的风量进行调节，所以本发明能够进行非接触式的开窗高度的测量，有效解决现有技术中无法测量左右开窗和异形窗的通风柜的开窗大小的问题；本发明替代了传统的接触式的传感器，具有广泛的扩展性，有利于通风柜以及实验室的智能化；本发明安装方便，具有较强的通用性和实用性。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。