一种基于CCD的精油灌装计量方法

摘要

本发明公开了一种基于CCD的精油灌装计量方法，利用高分辨率的线阵CCD将包含有灌装瓶中精油液位信息的光强信号快速的采集出来，采集到的精油液位图像经过处理，提取出特征带，对特征带进行边缘检测处理，即通过高斯滤波及拉普拉斯检测算子提取出精油液位变化的临界面，再通过实验测得实际精油液位与线阵CCD特征像素点的对应关系，得出多组数据，对其进行线性拟合得出线性表达式，即可得出灌装瓶内精油的液位实际信息，再经CPU控制其达到我们所期望的定量灌装的目的；本发明具有反应速度快，检测精度高，抗干扰能力强，并适合多种精油的灌装，具有普遍性，具有很高的可靠性和稳定性。

主权项

一种基于CCD的精油灌装计量方法，其特征在于：包括以下步骤：第一步、信息采集：将散光板(1)、荧光灯(2)、透明灌装瓶(3)、成像凸透镜(4)和线阵CCD(5)依次顺序排列放置，利用散光板(1)对光线的散射作用，使荧光灯(2)发射出的平行光线成为散射光，散射光经过透明灌装瓶(3)内的精油折射后，再经过成像凸透镜(4)成放大实像折射，最后投射到线阵CCD(5)上，精油液位信号被成像到线阵CCD(5)上；设置坐标系，横坐标表示线阵CCD(5)从起始端到底端依次排列的像素点，纵坐标表示每个像素点采集到的光强，通过分析线阵CCD(5)采集到的精油液位图像信息可知，纵坐标值越大表示采集到的光强越小；已知灌装瓶内液面的上方和下方两部分各自的光强趋势一致，其中液面下方由于液柱对光线的会聚作用，光线较亮，反映到图像上就是一条产生了略不平滑的阶跃突变的曲线，突变处即为液面的位置；第二步、图像数据分析：由于灌装精油液位会有一些气泡产生，在气泡和液体的交接范围，光强的变化是渐进的，图像上会出现光强的变化带，截取这个光强的变化带，找到一个临界值，是低于临界值为液体，高于临界值为气体，临界值处即为精油灌装的液位值；第三步、图像的边缘检测：利用LOG算子，将高斯滤波和拉普拉斯检测算子结合在一起进行边缘检测，对于所得到的二维图像信号f(x,y)，首先利用高斯函数进行平滑滤波，其函数为：$G(x,y)=\frac{1}{{2\mathrm{\pi \delta }}^2}\exp [-\frac{1}{{2\delta }^2}(x^2+y^2)],$其中：x为线阵CCD的像素点；y为每个像素点采集到的光强；δ为方差值；高斯函数G(x,y)是一个圆对称函数，它对图像的平滑程度可通过参数δ来进行调节；上述二维图像信号为f(x,y)，设滤波后的图像函数为g(x,y)，通过卷积运算对图像进行线性平滑滤波，公式为：g(x,y)＝f(x,y)*G(x,y)，对于滤波后的图像g(x,y)，通过求其二阶导数的零交叉点来找出其边缘点，即通过拉普拉斯算子对图像g(x,y)进行边缘检测：h(x,y)＝▽²[f(x,y)*G(x,y)]，对g(x,y)进行的拉普拉斯运算可以等效为对G(x,y)的拉普拉斯运算然后与f(x,y)的卷积，公式为：h(x,y)＝f(x,y)*▽²G(x,y)，式中▽²G(x,y)为LOG算子，进一步可得：${▿}^{2}G(x,y)=\frac{{\partial }^{2}G}{{\partial x}^2}+\frac{{\partial }^{2}G}{{\partial y}^2}=\frac{1}{{\mathrm{\pi \delta }}^4}\left(\frac{x^2+y^2}{{2\delta }^2}\right)\exp (-\frac{x^2+y^2}{{2\delta }^2});$其中：x为线阵CCD的像素点；y为每个像素点采集到的光强；δ为方差值；第四步、精油液位的标定：实际的液位值与线阵CCD的各像素点具有线性对应关系，而测量装置给出的精油液位特征值正是通过线阵CCD上的特征像素点来表示的，因此，在标定过程中，将实际液位值与线阵CCD上相应的特征像素点相对应起来，则实际的精油液位值与装置测得的特征液位值可对应上；实际液位值可通过游标卡尺实时量得到，特征像素点通过液位提取算法给出，通过多组标定数据进行线性拟合即可得到标定曲线，暂假设为：y＝p₁x+p₂，其中：x为特征像素点；y为实际液位值；p₁为实际液位与特征像素点之间函数斜率；p₂为关系式常数；第五步、与CPU通信：将测得的精油实时液位值传送到CPU，CPU通过预设定的控制方法来调节电机以及精油灌装计量调节单元。