[发明专利]监测液体液面高度变化、气泡或固体运动的方法及装置

权利要求书

1.一种监测液体液面高度变化的方法，其特征在于，包括以下步骤：

搭建拍摄装置步骤，搭建一拍摄装置对准待检测的化学实验装置，所述化学实验装置内包含液位变化运动，所述拍摄装置相对所述化学实验装置固定设置，用于对所述化学实验装置拍摄获取影像；

确定监测区域步骤，将所述影像传输至计算机内对所述影像中调取相应帧数的图像，通过剪裁确定监测区域；

图像预处理步骤，对每一帧图像进行均匀光照的修正处理，得到修正后图像；

液面特征提取步骤，提取每一幅修正后图像中的图像特征，获取液面位置信息。

2.如权利要求1所述的监测液体液面高度变化的方法，其特征在于，在搭建拍摄装置步骤中，所述拍摄装置包括光源模块、摄像模块、铁架台；所述化学实验装置为透明材质的管路及容器，所述容器包括烧瓶、烧杯、试管、锥形瓶、分液漏斗中的至少一种；所述光源模块采用LED灯珠，对所述反应容器采取侧面补光的方式进行照明；所述摄像模块采用自动对焦WIFI内窥镜，同步连接至所述计算机；所述铁架台用于固定所述摄像模块及所述化学实验装置。

3.如权利要求1所述的监测液体液面高度变化的方法，其特征在于，在所述确定监测区域步骤中，基于所述拍摄装置于固定位置拍摄的图像信息，通过预设背景图像区域及监测区域的方式，对每一帧图像中剪切去除背景图像区域的方式得获得图像中的监测区域。

4.如权利要求1所述的监测液体液面高度变化的方法，其特征在于，在所述图像预处理步骤中，采用基于二维伽马函数的自适应校正算法对光照不均匀图像进行修正处理，首先采用多尺度高斯函数的方法来提取光照不均匀图像的光照分量，用到的高斯函数的形式为

式中：c为尺度因子，c的值越大，高斯函数卷积核的范围越大，色调保持的能力越强，提取出的光照值的全局特性越好；反之c的取值越小，高斯函数卷积核的范围越小，动态范围压缩的效果越好，提取出的光照值的局部特性越明显；λ为归一化常数，确保高斯函数G(x，y)满足归一化条件；

利用不同尺度的高斯函数和原图像做卷积，分别提取出场景的光照分量后进行加权，最终得到光照分量的估计值，其表达式为：

式中：I(x，y)为点(x，y)处由多个不同尺度的高斯函数G_i(x，y)提取并加权后的光照分量值；ω_i为第i个尺度高斯函数提取出的光照分量的权系数；i为用到的尺度数，取值1至N；

对于输入的图像F(x，y)，假设提取出的光照分量为I(x，y)，其表达式为：

式中：O(x，y)为校正后的输出图像的亮度值；γ为用于亮度增强的指数值，其中包含了图像的光照分量特性；m为光照分量的亮度均值。

5.如权利要求1所述的监测液体液面高度变化的方法，其特征在于，在所述特征提取步骤中，采用局部阈值法对修正后图像进行二值化，二值化后得到二值图，二值图是只有黑白两种颜色表示的图像，选取黑色对应像素值最多的一行定为液体液面所在位置，然后通过计算相邻两帧图像液面位置变动的像素行数，基于预设的每一像素行对应的液体体积计算得到液面实际高度。

6.一种监测气泡或固体运动的方法，其特征在于，包括以下步骤：

搭建拍摄装置步骤，搭建一拍摄装置对准待检测的化学实验装置，所述化学实验装置内包含液位变化、气泡、固体颗粒运动中的至少一种，所述拍摄装置相对所述化学实验装置固定设置，用于对所述反应容器拍摄获取影像；

确定监测区域步骤，将所述影像传输至计算机内对所述影像中调取相应帧数的图像，通过剪裁确定监测区域；

图像预处理步骤，对每一帧图像进行均匀光照的修正处理，得到修正后图像；

液面特征提取步骤，提取每一帧修正后图像中的图像特征，获取液面位置信息；

检测运动目标步骤，对位于所述液面位置以下区域内的运动目标进行检测，获取相应的二值图像；

气泡或固体特征提取步骤，提取每一帧图像的图像特征，获取气泡或固体的位置信息。