一种基于计算寻焦的测量液体浓度方法

本发明涉及液体测量，具体是涉及一种基于计算寻焦的测量液体浓度方法。

背景技术：

1、在现有技术中，通常依赖于液体的可吸收特性，通过分析吸收光谱来确定液体浓度，但是在这一操作过程中需要谨慎处理液体样本的制备工作，同时考虑实验环境因素对光谱仪测量所产生的影响，不仅造成实验耗材，而且需要实验人员具备相应的专业操作技能才能更好地完成液体测量任务。

技术实现思路

1、本发明提供一种基于计算寻焦的测量液体浓度方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

2、本发明提供一种基于计算寻焦的测量液体浓度方法，采用由激光发生器、平凹透镜、辅助寻焦器件、孔径光阑和ccd相机组成的液体浓度辅助测量装置，所述方法包括：

3、当所述平凹透镜已装满待测液体时，控制所述激光发生器产生平行激光光束，所述平行激光光束穿过所述待测液体再经由所述平凹透镜发生出射发散度变化，产生的发散光束经由所述辅助寻焦器件和所述孔径光阑投影到所述ccd相机的感光面；

4、控制所述ccd相机固定于一离焦平面并对采集到的光信号进行成像处理，得到所述待测液体对应的待测图像；

5、对所述待测图像进行解析，得到待测光斑尺寸；

6、调用关于液体浓度与光斑尺寸之间的拟合关系式，将所述待测光斑尺寸代入所述拟合关系式进行计算，得到所述待测液体的浓度。

7、进一步地，所述辅助寻焦器件为凸透镜，所述发散光束经由所述凸透镜进行汇聚，产生的汇聚光束经由所述孔径光阑进行中间部分截取之后进入到所述ccd相机。

8、进一步地，所述凸透镜的直径与所述平凹透镜的通光孔径大小相同，所述凸透镜的焦距与装液后的所述平凹透镜的焦距变化范围以及所述凸透镜和所述平凹透镜之间的布设间距相关，所述孔径光阑与所述ccd相机之间的布设间距为10mm。

9、进一步地，所述ccd相机布设在装液后的所述平凹透镜与所述凸透镜组合形成的最小总焦距的前方。

10、进一步地，所述ccd相机布设在装液后的所述平凹透镜与所述凸透镜组合形成的最大总焦距的后方。

11、进一步地，所述对所述待测图像进行解析，得到待测光斑尺寸包括：

12、所述待测图像为光斑原图，其记载装液后的所述平凹透镜在离焦平面上呈现的焦点信息；

13、对所述待测图像进行二值化处理，得到二值化图像；

14、从所述二值化图像中分割出光斑拟合图像，获取所述光斑拟合图像在所述二值化图像中所占的像素面积，将所述像素面积作为待测光斑尺寸输出。

15、进一步地，所述辅助寻焦器件为薄散射介质，所述发散光束透过所述薄散射介质形成空间分布的散斑信号，携带所述散斑信号的光束经由所述孔径光阑进行中间部分截取之后进入到所述ccd相机。

16、进一步地，所述薄散射介质与所述平凹透镜之间的布设间距为10mm，所述ccd相机与所述薄散射介质之间的布设间距为10mm，所述孔径光阑与所述薄散射介质之间的布设间距为3mm。

17、进一步地，所述对所述待测图像进行解析，得到待测光斑尺寸包括：

18、所述待测图像为散斑原图，其记载装液后的所述平凹透镜在离焦平面上呈现的散斑颗粒信息；

19、基于散斑自相关成像原理对所述待测图像进行处理，得到待测光斑图像；

20、对所述待测光斑图像进行二值化处理，得到二值化图像；

21、从所述二值化图像中分割出光斑拟合图像，获取所述光斑拟合图像在所述二值化图像中所占的像素面积，将所述像素面积作为待测光斑尺寸输出。

22、进一步地，所述拟合关系式通过以下方式得到：

23、获取具有不同已知浓度的多种液体样本，所述多种液体样本与所述待测液体的类型相同；

24、对于每种液体样本，利用所述液体浓度辅助测量装置对所述液体样本进行多次成像处理，得到所述液体样本对应的多张图像样本；

25、对所述多张图像样本进行解析，得到多个光斑尺寸；

26、对所述多个光斑尺寸进行求平均，得到所述液体样本对应的平均光斑尺寸；

27、当完成对所述多种液体样本的测量时，对所述多种液体样本对应的浓度和平均光斑尺寸进行曲线拟合，得到关于液体浓度与光斑尺寸之间的拟合关系式。

28、本发明至少具有以下有益效果：利用光学实验室常见的光学设备快速搭建液体浓度辅助测量装置，集成度高且操作难度低，可对多种类型的液体样本取少量直接进行非接触式测量，无需对液体样本进行实验前的预处理，具有较好的实用性；通过引入机器视觉技术对装置输出的图像进行处理以获取关键参数，再调用验证可靠的拟合关系式对关键参数进行计算以得到所需的测量数据，可以提高测量准确度和可信度。

29、附图说明

30、附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。

31、图1是本发明实施例中的一种液体浓度辅助测量装置的组成示意图；

32、图2是本发明实施例中的平凹透镜和双凹透镜在装液状态下的示意图；

33、图3是本发明实施例中的一种液体浓度辅助测量装置的另一种组成示意图；

34、图4是本发明实施例中的一种液体浓度辅助测量装置的又一种组成示意图；

35、图5是本发明实施例中的一种液体浓度辅助测量装置的再一种组成示意图；

36、图6是本发明实施例中的一种基于计算寻焦的测量液体浓度方法的流程示意图；

37、图7是本发明实施例中的光斑原图的示意图；

38、图8是本发明实施例中的光斑拟合图像的示意图；

39、图9是本发明实施例中的散斑原图的示意图；

40、图10是本发明实施例中的待测光斑图像的示意图；

41、图11是本发明实施例中的关于酒精浓度与光斑尺寸之间的拟合效果图。

技术特征：

1.一种基于计算寻焦的测量液体浓度方法，其特征在于，采用由激光发生器、平凹透镜、辅助寻焦器件、孔径光阑和ccd相机组成的液体浓度辅助测量装置，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的基于计算寻焦的测量液体浓度方法，其特征在于，所述辅助寻焦器件为凸透镜，所述发散光束经由所述凸透镜进行汇聚，产生的汇聚光束经由所述孔径光阑进行中间部分截取之后进入到所述ccd相机。

3.根据权利要求2所述的基于计算寻焦的测量液体浓度方法，其特征在于，所述凸透镜的直径与所述平凹透镜的通光孔径大小相同，所述凸透镜的焦距与装液后的所述平凹透镜的焦距变化范围以及所述凸透镜和所述平凹透镜之间的布设间距相关，所述孔径光阑与所述ccd相机之间的布设间距为10mm。

4.根据权利要求2所述的基于计算寻焦的测量液体浓度方法，其特征在于，所述ccd相机布设在装液后的所述平凹透镜与所述凸透镜组合形成的最小总焦距的前方。

5.根据权利要求2所述的基于计算寻焦的测量液体浓度方法，其特征在于，所述ccd相机布设在装液后的所述平凹透镜与所述凸透镜组合形成的最大总焦距的后方。

6.根据权利要求2所述的基于计算寻焦的测量液体浓度方法，其特征在于，所述对所述待测图像进行解析，得到待测光斑尺寸包括：

7.根据权利要求1所述的基于计算寻焦的测量液体浓度方法，其特征在于，所述辅助寻焦器件为薄散射介质，所述发散光束透过所述薄散射介质形成空间分布的散斑信号，携带所述散斑信号的光束经由所述孔径光阑进行中间部分截取之后进入到所述ccd相机。

8.根据权利要求7所述的基于计算寻焦的测量液体浓度方法，其特征在于，所述薄散射介质与所述平凹透镜之间的布设间距为10mm，所述ccd相机与所述薄散射介质之间的布设间距为10mm，所述孔径光阑与所述薄散射介质之间的布设间距为3mm。

9.根据权利要求7所述的基于计算寻焦的测量液体浓度方法，其特征在于，所述对所述待测图像进行解析，得到待测光斑尺寸包括：

10.根据权利要求1所述的基于计算寻焦的测量液体浓度方法，其特征在于，所述拟合关系式通过以下方式得到：

技术总结
本发明公开一种基于计算寻焦的测量液体浓度方法，采用由激光发生器、平凹透镜、辅助寻焦器件、孔径光阑和CCD相机组成的液体浓度辅助测量装置，其方法包括：当平凹透镜已装满待测液体时，控制激光发生器产生平行激光光束以使其穿过待测液体再经由平凹透镜发生出射发散度变化，产生的发散光束经由辅助寻焦器件和孔径光阑投影到CCD相机的感光面；控制CCD相机固定于一离焦平面并对采集的光信号进行成像处理，再对得到的待测图像进行解析以获取待测光斑尺寸；调用关于液体浓度与光斑尺寸之间的拟合关系式，将待测光斑尺寸代入拟合关系式进行计算得到待测液体的浓度。本发明通过引入简单的测量光路和机器视觉技术，提高测量准确度和可信度。

技术研发人员：谢向生,黄美银,吴防汛,严文,陈文谦
受保护的技术使用者：汕头大学
技术研发日：
技术公布日：2024/4/29