专利名称：基于计算机视觉的有色液体粘度自动测定系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种基于计算机视觉的有色液体粘度自动测定系统及方法，属于 仪器仪表技术和自动化测试技术领域。
背景技术：
液体的运动粘度是液体的一项重要指标，在诸如石油、化工、纺织、国防、 医学等多种行业有着重要的意义。在液体粘度的测定过程中，常采用品氏玻璃毛 细管粘度计。由于品氏粘度计的双球室相连的特殊结构，很难实现液体粘度的自 动测定，而多采用人工掐表的方法进行测定。在人工测定中，不可避免地会给测 定带来人为误差，而且测定周期长。现在制造的自动运动粘度仪，都是采用特制 的乌式粘度计或其他粘度计来取代品式粘度计。采用特制的粘度计，这对于粘度 计常数的标定，粘度计使用过程中的定期鉴定，粘度计损坏后的更换等，都带来 不少麻烦。
发明内容
本发明的主要目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种基于计算机视觉 的有色液体粘度自动测定系统及方法。
为了达到以上目的，本发明的构思是本发明基于计算机视觉的有色液体粘度 自动测定系统，由品氏粘度计、固定架、计算机视觉系统、抽气系统构成，并采 用以下步骤完成有色液体粘度的自动测量(a)建立粘度计刻度线位置模板；(b) 进行液位的检测和跟踪；(C)测取液位经过粘度计上下刻度的时间差；(d)进行 粘度计算，获得被测液体粘度。
所述的品氏粘度计固定在固定架上，计算机视觉系统实时捕获品氏粘度计的 视频图像，抽气系统与品氏粘度计相连，用以自动提升粘度计中液体液面的位置； 在进行自动测量之前，首先建立刻度线位置模板，然后抽气系统自动提升粘度计 中液体液面的位置，当抽气系统停止抽气，液面位置开始回落时，开始对粘度计 中的液面位置进行检测与跟踪，并记录液面经过粘度计上下刻度线所经历的时间， 最后根据记录的时间计算所测液体的粘度。
所述视觉系统由白色背板、摄像机、光源、图像采集卡和电脑、视频信号线 组成，用以实时获取粘度计的视频图像。所述抽气系统由抽气泵、抽气管、抽气泵控制线组成，用以根据系统的要求 自动提升粘度计中液面的位置。
所述建立刻度线位置模板是通过下述方法实现的(如图5):在自动测定开始
之前，抓取一帧粘度计图像，用鼠标点击图像上粘度计上下刻度线(图4中用a、 b表示粘度计的上下刻度线，其中刻度线a位于品氏粘度计毛细玻璃管双球室相连 处，刻度线b位于双球室下方)的大概位置，由计算机通过图像处理的方法，在 鼠标所点击的附近进行搜索，给出刻度线的精确图像坐标位置，并记录下来以形 成刻度线位置模板。为了增强检测的稳定性，采用白色背板提供白色背景。具体 的刻线搜索方法是，以使用者的鼠标点击点的图像坐标为中心，确定出一个合适 大小的矩形框，因为背景为白色，粘度计为透明色，刻线为黑色，所以可以选取 合适的阈值，以此阈值对矩形框中的图像进行二值化，就能分割出刻线位置。
所述有色液体液位检测通过下述方法实现在计算机视觉系统实时获取粘度 计图片过程中，采用相邻两幅图像相减的数字图像处理方法，得到当前图像与上 一帧图像中有色液体液面的变化情况，并选取合适的阈值，进行二值化分割，得 到当前图像中有色液体的液面位置。
所述记录时间是通过下述方法实现当检测出的液位到达粘度计刻线a时，
获取计算机系统的当前时刻，以得到开始计时时刻；当检测出的液位到达粘度计
刻线b时，再一次获取计算机的当前时刻，以得到结束计时时刻；结束计时时刻
与开始计时时刻之间的时间差，就是液体流经粘度计上下刻线所经历的时间。
所述粘度计算根据记录的时间，与对应的品氏粘度计的粘度系数相乘，就可 计算出所测液体的运动粘度值。
根据上述的发明构思，本发明采用下述技术方案-一种基于计算机视觉的有色液体粘度自动测定系统，包括固定在一个固定架 上的品氏粘度计，其特征在于有一个抽气系统连接所述的品氏粘度计,有一个计算
机视觉系统联接品氏粘度计；所述抽气系统用以自动提升所述品氏粘度计中液面 的位置，所述计算机视觉系统用以捕获所述品氏粘度计内液面位置变化图像并计 算出被测液体的粘度。
上述抽气系统是所述品氏粘度计的毛细管上端由一根抽气管连接至一个抽 气泵,所述抽气泵的控制线连接至一个电脑。上述计算机视觉系统是有一个可移动架上固定一个摄像机和一个光源，所述 固定架上还固定一块白色背板,使所述品氏粘度计处在白色背板与摄像机之间，所 述摄像机的输出信号由视频信号线连接至所述带有图像采集卡的电脑。
上述摄像机处在所述的品氏粘度计的正前方，高度位于品氏粘度计(2)的上下 两刻度线之间。
一种基于计算机视觉的有色液体粘度自动测定方法，采用上述自动测定系统 进行测定，基特征在于测定步骤如下
(a) 建立粘度计刻度线的位置模板，
(b) 进行液体液位的检测和跟踪，
(C) 测取液位经过粘度计上下刻度的时间差，
(d)进行粘度计算，获得被测液体粘度。
上述步骤(a)中的建立粘度计刻度线的位置模板的方法是抓取一帧粘度计图
像，用鼠标点击图像上粘度计上下刻度线的大概位置，由计算机通过图像处理方 法，在鼠标所点击的附近进行搜索，给出刻度线的精确图像坐标位置，并记录下 来以形成刻度线位置模板。具体的搜索方法是，以使用者的鼠标点击点的图像坐 标为中心，确定出一个矩形框，通过在矩形框内进行阈值分割的方法完成刻线的检
上述步骤(b)中的进行液位的检测与跟踪是通过下述方法实现在计算机视觉 系统实时地获得粘度计视频图像过程中，采用相邻两幅图像相减的数字图像处理 方法，得到当前图像与上一帧图像中有色液体液面的变化情况，以此作为图像中 液体液位的检测依据，检测出当前图像中有色液体的液面位置。
本发明与现有技术相比较，具有如下的突出实质性特征和显著优点
1) 利用计算机视觉实现液体粘度的自动测量，克服了人工测定带来的人为误 差，提高了测定精度和测定效率；
2) 实现了在品氏粘度计中完成液体粘度的自动测量，克服了釆用特制的粘度 计所带来的粘度计常数标定、粘度计使用过程中的定期鉴定、损坏后的更 换等问题。
附图l为本发明的系统框图。
附图2为本发明实施例中的自动测定系统结构示意图。 附图3为本发明所采用的方法流程框图。 附图4为本发明中品氏粘度计刻度线(a、 b)示意图。 附图5为本发明刻度线位置模板的建立流程图。 附图6为本发明实施例中所采用的有色液体粘度自动测定方法框图。
具体实施例方式
本发明的一个优选实施例结合附图详述如下
参见图1，本基于计算机视觉的有色液体粘度自动测定系统，包括一个固定在
一个固定架3上的品氏粘度计2,其特征在于有一个抽气系统1连接所述的品氏粘 度计2，有一个计算机视觉系统4联接品氏粘度计；所述抽气系统1用以自动提升 所述品氏粘度计2中液面的位置，所述计算机视觉系统4用以捕获所述品氏粘度 计内液面位置变化图像并计算出被测液体的粘度。
如图1和图2所示，上述抽气系统l是所述品氏粘度计2的毛细管上端由 一根抽气管9连接至一个抽气泵U，所述抽气泵11的控制线10连接至一个电脑 12。
上述计算机视觉系统4是有一个可移动架上固定一个摄像机6和一个光源 8，所述固定架3上还固定一块白色背板5，使所述品氏粘度计2处在白色背板5与 摄像机6之间，所述摄像机6的输出信号由视频信号线7连接至所述带有图像采 集卡的电脑12。
上述摄像机6处在所述品氏粘度计2的正前方，高度位于品氏粘度计2的上 下两刻度线之间。
参见图3，本基于计算机视觉的有色液体粘度自动测定方法，采用上述系统进 行测定，测定步骤如下
(a) 建立粘度计刻度线的位置模板，
(b) 进行液体液位的检测和跟踪，
(c) 测取液位经过粘度计上下刻度的时间差，
(d) 进行粘度计算，获得被测液体粘度。
7上述的计算机视觉系统4，如图2所示，其工作过程是白色背板5用来提供 白色的背景环境，简化视觉环境，以方便后续的图像处理，光源8为检测提供稳 定的照明，摄像机6实时获取粘度计2的视频图像，并将采集到的视频图像经过 视频信号线7输入到带有图像集卡的电脑12中。
上述的抽气系统1,如图2和图4所示，其工作过程是抽气管9将抽气泵11 与品氏粘度计2的毛细管上端相连，抽气泵11由电脑通过抽气泵控制线10进行 控制，当电脑发出抽气命令时，抽气泵11开始通过抽气管9对品氏粘度计2进行 抽气，粘度计2中的液面位置会因为抽气的原因而向上移动，当液面位置高出粘 度计上刻度线a—定距离之后，电脑控制抽气泵ll停止抽气，粘度计2中的液面 位置开始回落。
上述的建立刻度线位置模板，如图5所示，其工作过程是在进行有色液体 自动测定之前，抓取一幅粘度计图像并显示在电脑屏幕上，用鼠标点击图像中粘 度计的刻度线a、 b的位置，通过自动搜索的方法找出刻度线a、 b的精确位置， 并自动建立好刻度线位置模板。此模板只需建立一次，在以后的测定过程中，只 要测定环境没有发生变化，不需要重复建立模板。
如图6所示，上述的有色液体液位检测与计时的工作过程是当抽气系统1 停止抽气，粘度计2中的液面位置开始回落的时候，自动检测与跟踪液面位置，并 根据检测到的液面位置，与建立的刻度线模板进行对比，以判断计时的开始与结 束，并记录液面经过刻度线a、 b的时间差。
如图6所示，上述的粘度计算过程是根据计时的记录结果，与对应的粘度 计常数相乘，得到所测有色液体的粘度值。
如图5和图6所示，本基于计算机视觉的有色液体的粘度自动测定方法的具体工作过程是 首先按照图5所示的流程图建立刻度线模板，之后，如图6所示，电脑自动控制抽气系统丄 进行抽气，使粘度计2中的液面位置提升到上刻度线a以上的一定位置，停上抽气，液面自 由回落，计算机视觉系统4实时获取粘度计2的视频图像，利用图像差分的方法，得到液位 的变动信息，进行二值化，检测出当前帧中液体的液面位置，并根据接收到的液面位置检测 结果，与粘度计刻度线模板进行对比，判断计时的起始点与结束点，并记录液面经过上下刻 度线a、 b的时间差值，然后用接收到的记录结果与对应的粘度计常数相乘，得到所测液体的 运动粘度值。
权利要求
1.一种基于计算机视觉的有色液体粘度自动测定系统，包括一个固定在固定架(3)上的品氏粘度计(2)，其特征在于有一个抽气系统(1)连接所述的品氏粘度计(2)，有一个计算机视觉系统(4)联接品氏粘度计；所述抽气系统(1)用以自动提升所述品氏粘度计(2)中液面的位置，所述计算机视觉系统(4)用以捕获所述品氏粘度计内液面位置变化图像并计算出被测液体的粘度。
2. 根据权利要求1所述的基于计算机视觉的有色液体粘度自动测定系统，其特征 在于所述抽气系统(l)是所述品氏粘度计(2)的毛细管上端由一根抽气管(9) 连接至一个抽气泵(11)，所述抽气泵(11)的控制线(10)连接至一个电脑(12)。
3. 根据权利要求2所述的基于计算机视觉的有色液体粘度自动测定系统，其特征 在于所述计算机视觉系统(4)是:有一个可移动架上固定一个摄像机(6)和一个 光源(8)，所述固定架(3)上还固定一块白色背板(5),使所述品氏粘度计(2)处 在白色背板(5)与摄像机(6)之间，所述摄像机(6)的输出信号由视频信号线(7) 连接至所述带有图像采集卡的电脑(12)。
4. 根据权利要求3所述的基于计算机视觉的有色液体粘度自动测定系统，其特征 在于所述摄像机(6)处在所述品氏粘度计(2)的正前方，高度位于品氏粘度计(2) 的上下两刻度线之间。
5. —种基于计算机视觉的有色液体粘度自动测定方法，采用根据权利要求1所述 的基于计算机视觉的有色液体粘度自动测定系统进行测定，其特征在于测定步骤如下(a) 建立粘度计刻度线的位置模板，(b) 进行液体液位的检测和跟踪，(c) 测取液位经过粘度计上下刻度的时间差，(d) 进行粘度计算，获得被测液体粘度。
6. 根据权利要求5所述的基于计算机视觉的有色液体粘度自动测定方法,其特征 在于所述步骤(a)中的建立粘度计刻度线的位置模板的方法是抓取一帧粘度 计图像，用鼠标点击图像上粘度计上下刻度线的大概位置，由计算机通过图像 处理方法，在鼠标所点击的附近进行搜索，给出刻度线的精确图像坐标位置， 并记录下来以形成刻度线位置模板。具体的搜索方法是，以使用者的鼠标点击 点的图像坐标为中心，确定出一个矩形框，通过在矩形框内进行阈值分割的方法完成刻线的检测。
7.根据权利要求5所述的基于计算机视觉的有色液体粘度自动测定方法，其特征 在于所述的步骤(b)中的进行液体液位检测和跟踪是通过下述方法实现在计 算机视觉系统(4)实时地获得粘度计视频图像过程中，采用相邻两幅图像相减 的数字图像处理方法，得到当前图像与上一帧图像中有色液体液面的变化情 况，以此作为图像中液体液位的检测依据，检测出当前图像中有色液体的液面 位置。
全文摘要
本发明涉及一种基于计算机视觉的有色液体粘度自动测定系统及方法。本系统包括一个固定在固定架上的品氏粘度计，有一个抽气系统连接品氏粘度计，有一个计算机视觉系统联接品氏粘度计。本方法有如下步骤(a)建立粘度计的刻度线位置模板；(b)进行液位的检测和跟踪；(c)测取液位经过粘度计上下刻度线的时间差；(d)进行粘度计算，获得被测液体的粘度。本发明进行自动测量，克服人工测定带来的误差，提高测定精度和测定效率。
文档编号G01N11/06GK101561383SQ20091005203
公开日2009年10月21日 申请日期2009年5月26日 优先权日2009年5月26日
发明者于瀛洁, 翊 张, 彭军政, 李雨浪 申请人:上海大学