[發明專利]一種液膜厚度測量裝置及方法

在審

• 申請號: 201711287076.7
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN107860322A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 周亞素;王樹信;彭泰銘;葉濤;霍偉業;劉陽荷;龍姝豪;賈改艷
• 申請（專利權）人: 東華大學
• 主分類號: G01B11/06
• 分類號: G01B11/06
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所31233
• 代理人: 宋纓,錢文斌

1.一種液膜厚度測量裝置，包括光學照明系統、圖像采集系統和圖像處理系統，其特征在于，所述光學照明系統用于照射被采集對象；所述圖像采集系統用于獲取被采集對象被光學照明系統照射后的光信號，并將其轉換為電信號；所述圖像處理系統用于將被采集對象的電信號和標定參照物的電信號進行對比計算得到被采集對象的真實液膜厚度。

2.根據權利要求1所述的液膜厚度測量裝置，其特征在于，所述光學照明系統的光源采用發光二極管條形光源，照明方式采用環形光源打光；所述光源的顏色通過波長進行調節，用于增強圖像對比度。

3.根據權利要求1所述的液膜厚度測量裝置，其特征在于，所述光學照明系統還包括防護罩，所述防護罩罩在所述被采集對象、光學照明系統和圖像采集系統外圍，用于減少環境光的變化對圖像采集質量的影響。

4.根據權利要求1所述的液膜厚度測量裝置，其特征在于，所述圖像采集系統包括鏡頭和圖像傳感器；所述鏡頭由多片透鏡和光圈組成，用于變換光束將需要精確測量尺寸的目標成像在所述圖像傳感器的光敏面；所述圖像傳感器將被采集對象的光信號轉換為電信號。

5.根據權利要求1所述的液膜厚度測量裝置，其特征在于，所述圖像采集系統還包括濾光片，所述濾光片放置在所述鏡頭前，用于過濾噪聲光源。

6.根據權利要求1所述的液膜厚度測量裝置，其特征在于，所述圖像采集系統還包括冷卻器，所述冷卻器用于對所述圖像傳感器進行冷卻以降低熱噪聲。

7.根據權利要求1所述的液膜厚度測量裝置，其特征在于，所述圖像處理系統包括圖像信號轉換器、圖像存儲器、圖像處理器和圖像輸出設備；所述圖像信號轉換器用于將被采集對象的電信號轉換為數字信號；所述圖像存儲器用于存儲所述數字信號；所述圖像處理器根據所述數字信號和標定參照物的數字信號計算出待測液膜的厚度；所述圖像輸出設備用于顯示所述圖像處理器的處理結果。

8.一種液膜厚度測量方法，其特征在于，使用如權利要求1-7中任一所述液膜厚度測量裝置，包括以下步驟：

(1)調節各個設備的相對位置，校準水平和垂直，使得目標圖像成像清晰，圖像采集系統獲取降膜管的初始二維圖像信息，高速傳輸至圖像處理系統的圖像存儲器；

(2)選取合適的權值系數，通過加權平均法處理初始二維圖像信息，得到灰度圖像信息；選取灰度閾值，通過灰度閾值分割法處理灰度圖像信息，得到黑白二值圖像信息；

(3)處理黑白二值圖像信息獲得邊緣連續性好的清晰圖像邊界信息；將圖像直角坐標轉換為圖像極坐標，以降膜管中心為極點，向外引射線與管內外表面邊緣相交，提取兩交點極坐標；

(4)用已知尺寸的降膜管作為標定參照物，通過管內外表面的實際尺寸和極坐標圖像兩個交點距離，獲得圖像像素與實際尺寸的關系；進行管的降膜實驗，按照步驟(1)-步驟(3)采集和處理圖像，提取降膜管外表面流體的液膜邊界點極坐標，計算得到液膜圖像的像素尺寸，用所述圖像像素與實際尺寸關系計算出被采集對象的真實液膜厚度。

9.根據權利要求8所述的液膜厚度測量方法，其特征在于，所述步驟(3)對二值圖像信息進行濾波和卷積消除噪聲處理，并利用微分算子獲取圖像灰度方向導數和梯度方向，基于特定方向進行閾值分割獲得圖像清晰的邊界信息。

10.根據權利要求8所述的液膜厚度測量方法，其特征在于，所述步驟(4)中通過δ＝ε·p計算出被采集對象的真實液膜厚度，其中，δ為被采集對象的真實液膜厚度，p為被采集對象的液膜圖像的像素數，ε為根據標定參照物得到的標定系數，δ₀為標定參照物的真實液膜厚度，p₀為標定參照物的液膜圖像的像素數。