一种基于机器视觉的定容方法及系统与流程

本发明属于自动化，特别涉及一种基于机器视觉的定容方法及系统。

背景技术：

1、在化学实验分析中，定容是常规的步骤，容量瓶是为配制准确定量浓度溶液用的精确仪器。容量瓶是一种带有磨口玻璃塞的细长颈、梨形的平底玻璃瓶，颈上有刻度，当瓶内体积在所指定温度下达到标线处时，其体积即为所标明的容积数。

2、目前，实验室中的定容方式往往是人工手动定容，虽然有部分定容设备和方法，如超声波定容、按照加液量定容，但是这些方式的定容精度和速度往往取决于操作人员的熟练度，精度受到很大的影响，定容效率有限。现有的手工定容、超声波定容、按照加液量定容等，其在定容过程往往会存在较大的误差，尤其是在玻璃量器检定领域内，检定规程规定的定容方式是通过人眼判断液体的凹液面与刻度线齐平来实现定容的，这种定容方式的精度不定，导致这些问题和缺点的原因包括：

3、1.人工定容需要操作人员准确判断刻度线和液位线的位置，但这往往存在主观性和个体差异；不同的操作员可能对定容刻度线和液位线的位置判断存在差异，导致定容结果的可靠性受到影响。

4、2.人工定容过程容易受到操作人员的人工误差影响，例如容量瓶的放置不在水平面上，观测时人眼没有与刻度线和液位线在同一水平面上等，这些人为误差会导致滴定结果的准确性降低。

5、3.操作人员在进行长时间的定容实验后，可能会产生视觉误差。

6、4.人工定容需要操作人员控制加入液体的速度，进行密切观察，并及时停止滴定，定容装置定容需要手动放置和拿出容量瓶，这涉及到繁琐的操作步骤和长时间的观察，增加了实验的耗时和劳动密集度。

7、5.多个容量瓶需要定容时，单个人无法同时进行多个实验，为了提高实验的效率和准确性，需要分配更多的人力资源，增加实验的人力成本。

8、此外，需人工将容量瓶逐个的放入至容量瓶定容加液装置内，待加液定容完成后取出再次放入下一个，无法连续自动工作，特别是在连续大批量定容的情况下，需要操作人员不断重复容量瓶放入取出动作，费时费力，不能满足现代自动化高精度化学分析的要求。

技术实现思路

1、本发明为解决以上技术问题，提出了一种基于机器视觉的定容方法及系统，有效克服人为因素的干扰，降低误差的产生，提高了定容实验的可重复性以及定容实验的效率，保证了定容结果的准确性，且实现定容过程高度自动化，节省了时间和人力成本，解决了人力资源问题。

2、本发明的技术方案是：

3、本发明提出一种基于机器视觉的定容方法，包括以下步骤：

4、s1，图像预处理：对视觉传感器获得的图像进行预处理，以改善图像质量、去除噪声和失真；

5、s2，刻度线识别：对s1步骤中完成预处理的图像依次进行canny边缘检测以及hough直线检测，视觉传感器持续运动获取图像，直至识别提取出刻度线的位置；

6、s3，视觉传感器停止移动，输出记录刻度线位置数据；

7、s4，液位线识别：对视觉传感器获得的图像进行s1步骤中的图像预处理，随后对获得的图像依次进行二值化处理、形态学变换处理、以及连通域分析，识别提取出液位线的位置；

8、s5，输出记录液位线位置数据，并与s3步骤中的刻度线位置数据进行对比完成自动定容。

9、优选的，s1具体包括以下步骤：

10、s101，roi选取：调整图像的尺寸或纵横比，提取感兴趣区域；

11、s102，灰度化：对彩色图像中各个通道加权处理，以将图像转化为灰度图像；

12、s103，图像去噪：使用高斯滤波方法对图像进行降噪处理，以去除图像中的噪声；

13、s104，图像格式转换：将图像转换为rgb格式，以便后续识别处理。

14、优选的，s2具体包括以下步骤：

15、s201，对s1步骤获得的图像进行canny边缘检测，输出边缘图像；

16、s202，对上述步骤得到的边缘图像进行hough直线检测，识别提取出刻度线的位置；

17、s203，视觉传感器持续运动获取图像，直至识别提取出刻度线的位置。优选的，在s201步骤canny边缘检测中双阈值处理的高阈值为215，低阈值为25。

18、优选的，s4具体包括以下步骤：

19、s401，二值化处理：对经过s1步骤处理后的图像进行二值化操作，输出二值图像；

20、s402，形态学变换处理：对上述步骤得到的二值图像进行膨胀处理，利用膨胀算法增加图像中目标物体的像素，输出形态学变换图像；

21、s403，连通域分析：将上述步骤获得的图像中的不同连通区域进行标记和区分，从而实现对图像中的液位线检测和分割，识别提取出液位线的位置。

22、优选的，在s401步骤二值化处理中的高阈值为255，低阈值为150。

23、优选的，s5还包括以下步骤，对比液位线位置数据与刻度线位置数据，判断液位线与刻度线的距离：

24、s501，当液位线与刻度线距离大于等于d，自动注液仪器以速度k1注入液体；

25、s502，当液位线与刻度线距离小于d，自动注液仪器以速度k2注入液体，k2小于k1；

26、s503，当液位线与刻度线完全重合时，自动注液仪器停止注液，完成定容。

27、优选的，本发明提供的基于机器视觉的定容方法还包括以下步骤：

28、s6，定容数据处理：自动保存定容全过程的视频、图像以及数据，以便查看和分析。

29、本发明还提供了一种基于机器视觉的定容系统，其包括机器视觉处理模块、自动注液定容模块、多通道定容模块、以及数据记录分析模块；

30、所述机器视觉处理模块获取图像并识别提取刻度线以及液位线位置，控制与之连接的所述自动注液定容模块完成自动定容，所述多通道定容模块与所述机器视觉处理模块、所述自动注液定容模块相连接，以实现多个容量瓶的同步独立自动定容，所述数据记录分析模块与所述机器视觉处理模块相连接，用以记录定容过程以便查看分析。

31、优选的，所述机器视觉处理模块包括视觉反馈模块、刻度线识别模块、以及液位线识别模块；

32、所述视觉反馈模块采集图像并反馈至所述刻度线识别模块、所述液位线识别模块，同时将所述刻度线识别模块、所述液位线识别模块的数据反馈至所述自动注液定容模块，精准高效完成注液定容；

33、所述刻度线识别模块采用刻度线检测算法，以识别提取容量瓶上的刻度线；

34、所述液位线识别模块采用液位线检测算法，以识别提取容量瓶内的液位线。

35、本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

36、(1)可精确识别刻度线和液位线：采用机器视觉算法准确的检测刻度线位置，通过固定视觉传感器的位置，为液位线检测提供基准，以便准确识别液位线，此外对比液位线与刻度线的差距，确定加入液体的速度和加入液体的起止，从而完成自动定容，使得定容结果更加准确；

37、(2)加入液体的快速性和灵活性：采用机器视觉可自动根据实际情况调整加入液体的速率，操作人员可直观观察定容的实时情况，系统可自动根据当前液位调整加入液体的速率，在距离刻度线较远位置时采用快速加入，当液位线接近刻度线时，自动调整为慢速加入，以避免过量加入或未加入液体到刻度线；

38、(3)定容的高效性：通过使用多通道运行，可以同时进行多个容量瓶定容，降低对人力资源的需求；

39、(4)提高学习效果：通过定容过程的视频、图像、以及数据记录，可以更加清晰地记录定容的过程，以便查看和分析。

40、本发明提供的基于机器视觉的定容方法提高了定容的准确性和可重复性，减少了人为误差，节省了时间和人力成本，并同时能够处理大批量的样品。同时，本发明提供的基于机器视觉的定容系统具有数据记录、视频记录和报告生成等功能，方便定容数据的管理和分析，从而提高了定容的准确性和可靠性，同时也提高了定容效率。