基于励磁吸附的三维数字颗粒图像生成装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及通过检测流体中磁性颗粒来分析判断机械设备运行状态的技术，具体涉及基于励磁吸附的三维数字颗粒图像生成装置及方法。
【背景技术】
[0002]一般而言，用于在线监测分析判断设备润滑磨损状态的常用技术是铁谱油液监测技术。铁谱油液监测技术出现于20世纪70年代，通过对在用润滑油中的铁磁性颗粒进行沉积和分析，监测设备的运行状态与磨损趋势，判断磨损机理，实现装备早期故障预防，减少故障损失，具有性能稳定、可靠、抗干扰能力强等优点。
[0003]铁谱油液监测技术分为离线铁谱监测技术和在线铁谱监测技术。离线铁谱监测技术是一种非实时监测方式，需要将设备润滑油送到实验室，使用分析铁谱仪制成谱片后在铁谱显微镜下人工分析，或使用直读铁谱仪获取有序沉积颗粒的特征数值，油液耗损量大，油液取样过程控制严格，代表性油液获取难度大，分析周期长，各环节受到人的影响因素多，分析结果实时性、客观性和准确性难以保证。现有的在线铁谱仪会出现严重的颗粒堆积，很难判断出颗粒的大小，只能大概地根据遮光的阴影面积进行分析；在获取到颗粒后需停油进行观察，且隔着空气及厚薄不一的油膜折射，会改变颗粒的外观成像，使颗粒的颜色及纹理不能清晰地成像在成像器件上；而且调焦不方便，使得颗粒成像容易出现模糊。
[0004]为了获得更清晰的颗粒图像，国外目前采用的是基于显微镜的三维表面数据采集。主要应用的设备有原子力显微镜、激光共焦扫描显微镜等。虽然这些器件使得测量的精度得到了提高，但是其本身成本也高，而且在故障诊断的工程中应用较困难，受到观察环境和相关配件的限制大，从而影响表面数据的采集以及后续的合成处理、分析。
【发明内容】
[0005]本发明为了解决现有技术所存在的技术问题，设计了基于励磁吸附的三维数字颗粒图像生成装置及方法，其特点在于通过吸附模块将颗粒吸附于同一平面上，获得不同焦平面的图像以进行合成处理，生成清晰、稳定的三维数字颗粒图像。
[0006]本发明生成装置采用如下技术方案来实现:基于励磁吸附的三维数字颗粒图像生成装置，包括成像模块、吸附模块、图片处理模块及透光片，图片处理模块与成像模块连接；成像模块和吸附模块设置在透光片的同一侧，透光片设置在流道上表面，透光片位于成像模块的光路中心；透光片位于吸附模块通电后所产生的磁场中，吸附模块将磁性颗粒吸附到透光片下方；成像模块设有用于调节焦距以获得不同焦平面图像的调焦机构；
[0007]所述图片处理模将不同焦平面图像合成处理为三维数字颗粒图像:将不同焦平面图像通过不同的差分算子及小波图像处理划分焦平面范围，采用形态学处理方法测量磁性颗粒的三维表面，并通过布尔代数运算，将不同的焦平面图像叠加重构成一幅新的颗粒图像。
[0008]本发明生成方法采用如下技术方案来实现:基于励磁吸附的三维数字颗粒图像生成方法，包括以下步骤:
[0009]S1、吸附模块通电后产生磁场，将流道中的磁性颗粒吸附到透片片下方；
[0010]S2、调焦机构进行有序的焦距调节，成像模块对磁性颗粒进行连续拍摄以获得不同焦平面的图像；
[0011]S3、图片处理模块对每幅不同焦平面的图像进行图像处理，然后将不同焦平面的颗粒图像进行合成处理，并重构磁性颗粒的三维图像。
[0012]步骤S3中合成处理过程为:通过差分算子处理得到焦平面内的高频信号，将高频信号产生的部分作为焦平面内的区域，通过拉普拉斯调和算子滤波，得到更加清晰明确的图像，然后进行卷积积分；将卷积的结果通过阈值处理及二值化处理，得到焦平面二值图；
[0013]对焦平面二值图采用形态学处理方法进行图像分割、特征抽取、边缘检测、图像滤波、图像增强和恢复处理，将磁性颗粒表面纹理合成以扩展焦平面，测量磁性颗粒的三维表面；
[0014]将后一张卷积二值化处理后的图像Bi+1和后一帧彩色图像A i+1进行矩阵乘法运算，得到这个焦平面范围内的图像纹理Di+1，将后一张卷积二值化处理后的图像Bi+1的形态学处理结果BV1跟基础图像A i进行矩阵乘法计算得到新的焦平面范围内的图像纹理D i，图像纹理Di+1与图像纹理D i叠加得到新的纹理图K，再将新的纹理图K作为下一个叠加运算的基础图Ai;如此循环直至将不同焦平面的图像纹理都叠加到一幅图像上。
[0015]所述将磁性颗粒表面纹理合成以扩展焦平面的过程为:运用图像处理方法，对同一位置连续拍摄的不同焦平面图片进行物体表面信息重构，去掉焦平面以外的全焦平面图片，并将焦平面内的部分图片进行叠加，得到颗粒分布图片。
[0016]所述测量磁性颗粒的三维表面的过程为:在不同焦平面图片的竖直方向，对相同坐标不同焦平面的图片进行重构，得到反映该点全部表面信息及背景信息的全焦平面图片；采用不同梯度算子或小波算子对全焦平面图片进行卷积及阈值二值化处理，得到聚焦范围。
[0017]本发明可在线或离线使用，吸附模块通电后产生磁力，吸引油道中的磁性金属颗粒沉积在透光片下方油道的同一平面上，可实现稳定的磁性金属颗粒三维成像；经过有序调节焦距后，成像器件获取油道中透光片下的不同焦平面的磁性金属颗粒图像，再通过合成运算，重构磁性金属颗粒的三维数字图像。与现有技术相比，本发明的优点及有益效果在于:
[0018]1、根据观察颗粒的大小可使用不同景深的透镜组，使得油道原有背景采集效果均一，不会干扰到颗粒成像，被吸附到透光片下的磁性颗粒可不需要停止油液的流动进行观察；运动中的油液可实现油液与颗粒的相对稳定性，可避免磁性颗粒的扎堆沉积。
[0019]2、基于励磁吸附原理，通过控制吸附模块的电流，实现油液中金属颗粒的吸附或释放。油液中磁性金属颗粒在磁力的作用下，克服重力作用被向上吸附到透光片下方油道内壁上，而非磁性金属颗粒则停留在油液中，从而滤掉非磁性金属颗粒，在沉积面上得到纯净的磁性金属颗粒。
[0020]3、被吸附的颗粒沉积在透光片下方油道内壁的同一平面，颗粒成像时能有效避免油液或空气的隔离，从而更加清晰地检测颗粒的大小、颜色以及纹理。
[0021]4、能获得油液中磁性金属颗粒在不同焦平面的图像数据，再将不同焦平面的图像合成处理，生成磁性金属颗粒的三维数字图像，以便对颗粒的形态等进行观察，并据此分析判断出设备的运行状态。其中，不同焦平面的三维图像可通过方便操作、稳定紧凑的调焦机构来获得。
[0022]5、控制流体的运动速度及励磁磁力的大小，可获得不同尺寸大小的磁性颗粒。油道入口较大，在加油泵或不加泵情况下也能使油液顺利通过。
【附图说明】
[0023]图1是根据本发明一种实施例的结构示意图；
[0024]图2是根据本发明另一种实施例的结构示意图；
[0025]图3是根据本发明的调焦机构示意图；
[0026]图4是本发明中合成不同焦平面的示意图；
[0027]图5是图像叠加过程的示意图。
[0028]其中，I为成像器件、2为调焦机构、3为反射光源、4为缠绕在铁芯架上的电感线圈、5为吸附部件、6为透光片、7为流道。
[0029]Ai是基础图像；Ai+1是后一张彩色图像Ai是卷积二值化处理后的图像；Bi+1是后一张卷积二值化处理后的图像；Β%+1是经过形