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原文传递颗粒检测装置、方法及FPGA

专利名称：	颗粒检测装置、方法及FPGA
摘要：	本发明适用涉及颗粒检测技术领域，公开了一种颗粒检测装置、方法及FPGA，包括箱体、用于生成检测用光线的光源、用于对所述检测用光线进行调整的光路调整单元、用于放置包含颗粒的待检测样品的样品放置单元、用于放置不包含颗粒的对比样品的对比单元、用于采集衍射图像的图像采集单元和用于对衍射图像进行分析得到颗粒检测结果的分析处理单元；所述光源、光路调整单元、样品放置单元、对比单元和图像采集单元设置在所述箱体中；本发明适用于石灰石浆液颗粒细度的检测，可以提高测量精度。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河北;13
申请人：	华北电力大学(保定)
发明人：	仝卫国;刘震;朱赓宏;庞雪纯;李奕颖
专利状态：	有效
申请日期：	2019-04-30T00:00:00+0800
发布日期：	2019-07-12T00:00:00+0800
申请号：	CN201910361739.8
公开号：	CN110006795A
代理机构：	石家庄国为知识产权事务所
代理人：	李荣文
分类号：	G01N15/02(2006.01);G;G01;G01N;G01N15
申请人地址：	071000 河北省保定市北市区永华北大街619号
主权项：	1.一种颗粒检测装置，其特征在于，包括：箱体、光源、光路调整单元、样品放置单元、图像采集单元、对比单元和分析处理单元；所述光源、光路调整单元、样品放置单元、对比单元和图像采集单元设置在所述箱体中；所述光源用于生成检测用光线，并射向所述光路调整单元；所述光路调整单元用于对所述检测用光线进行光路调整，其中经光路调整后的检测用光线射向所述样品放置单元和所述对比单元；所述样品放置单元用于放置包含颗粒的待检测样品；所述对比单元用于放置不包含颗粒的对比样品；所述图像采集单元采集所述检测用光线照射在所述样品放置单元中放置的包含颗粒的待检测样品时所产生的第一衍射图像，以及采集所述检测用光线照射在所述对比单元中放置的不包含颗粒的对比样品时所产生的第二衍射图像；所述分析处理单元用于对所述第一衍射图像和第二衍射图像进行分析得到颗粒检测结果。 2.如权利要求1所述的颗粒检测装置，其特征在于，所述光路调整单元包括第一偏振分光棱镜、第二偏振分光棱镜、第一扩束透镜、第一准直透镜、第二扩束透镜和第二准直透镜；所述第一偏振分光棱镜和第二偏振分光棱镜，将所述检测用光线分为第一路检测用光线和第二路检测用光线；所述第一路检测用光线依次通过所述第一扩束透镜和第一准直透镜进行光路调整后射向所述样品放置单元；所述第二路检测用光线依次通过第二扩束透镜和第二准直透镜进行光路调整后射向所述对比单元。 3.如权利要求1所述的颗粒检测装置，其特征在于，所述分析处理单元用于：根据所述第一衍射图像的像素值和第二衍射图像的像素值，得到衍射降噪灰度图；计算所述衍射降噪灰度图的光能矩阵和光能系数矩阵；根据所述衍射降噪灰度图的光能矩阵和光能系数矩阵，通过P-T反演算法计算得出颗粒粒径分布。 4.如权利要求3所述的颗粒检测装置，其特征在于，所述根据所述第一衍射图像的像素值和第二衍射图像的像素值，得到衍射降噪灰度图，包括：对所述第一衍射图像进行灰度处理得到第一灰度图，对第二衍射图像进行灰度处理得到第二灰度图；对所述第一灰度图进行降噪处理得到第一降噪灰度图，对所述第二灰度图进行降噪处理得到第二降噪灰度图；将所述第一降噪灰度图的像素值减去第二降噪灰度图的像素值，得到所述衍射降噪灰度图。 5.如权利要求4所述的颗粒检测装置，其特征在于，对衍射图像进行灰度处理得到灰度图的方法为：通过g(x,y)＝U[f(x,y)]将衍射图像由RGB图像转换为ycbcr图像；其中，U为灰度变换函数，f(x,y)为输入图像，g(x,y)为变换后的图像，灰度变换函数U的计算公式为： Y＝0.183R+0.614G+0.062B+16 CB＝-0.101R-0.338G+0.439B+128 CR＝0.439R-0.399G-0.040B+128 根据ycbcr图像的Y、CB和CR三个分量，使用Y分量显示图像，得到灰度图。 6.如权利要求5所述的颗粒检测装置，其特征在于，对灰度图进行降噪处理的方法为：扫描灰度图中的每个像素，逐帧对灰度图使用公式进行处理，得到降噪灰度图像；其中(x,y)为像素点坐标，σ为常数。 7.如权利要求5所述的颗粒检测装置，其特征在于，所述计算所述衍射降噪灰度图的光能矩阵和光能系数矩阵，包括：对所述衍射降噪灰度图进行分环；光能矩阵E为列向量，对所述衍射降噪灰度图中每个分环内所包含的像素的灰度值分别进行求和，计算得出光能矩阵E中每个向量的值，从而得出光能矩阵E；根据计算得出光能系数矩阵T；其中，ti,j为光能系数矩阵T的一个元素，为第i个分环对应的平均特征粒径，J0和J1分别为零阶和一阶贝塞尔函数，θj,out＝atan(roj/f)，rij和roj分别为第j环的内外半径；对所述衍射降噪灰度图进行分环时，其每个分环的内外径应随内径线性增长，对于其分环环带宽度Δr，则有：设分环间隔为h，则有： ri2＝ro1+h＝c'ri1+h ro2＝c'ri2 ... ... rin＝c'ri(n-1)+h ron＝c'rin 对ri0，h取初值，c'＝1.144，由上述公式递推得出所述衍射降噪灰度图中每个分环内径rij和外径roj；第i个分环所对应的特征粒径Di的计算公式为：其中，ri为所述衍射降噪灰度图中第i个分环的半径，λ为入射光波长，f为傅里叶透镜焦距；第i个分环对应的平均特征粒径计算公式为：其中，Di,in为第i个分环的内径对应的特征粒径，Di,out为第i个分环的外径对应的特征粒径；根据上述公式，计算得出ti,j，从而得出所述衍射降噪灰度图的光能系数矩阵T。 8.如权利要求3所述的颗粒检测装置，其特征在于，所述根据所述衍射降噪灰度图的光能矩阵和光能系数矩阵，通过P-T反演算法计算得出颗粒粒径分布，包括：建立迭代公式： W-(T′T+γH′H)-1T′E2＝0 其中，W≥0，γ为平滑因子；H为平滑矩阵，根据迭代公式通过P-T算法得到W的初始值；通过迭代计算得到W的最优解，迭代计算过程包括：由最速下降法构造目标函数： S(W)＝f(W)Tf(W) f(W)＝(T′T+γH)-1T′E 根据所述目标函数得到最终迭代公式：其中，α(k)为第k步的步长因子；为构造函数的梯度；k为迭代次数；W为颗粒粒径分布；E为光能分布矩阵；γ为平滑因子；根据最终迭代公式迭代计算得出颗粒粒径分布W。 9.一种颗粒检测方法，其特征在于，包括：获取第一衍射图像和第二衍射图像，其中，图像采集单元采集检测用光线照射在样品放置单元中放置的包含颗粒的待检测样品时所产生的第一衍射图像，以及检测用光线照射在对比单元中放置的不包含颗粒的对比样品时所产生的第二衍射图像；根据所述第一衍射图像的像素值和第二衍射图像的像素值，得到衍射降噪灰度图；计算所述衍射降噪灰度图的光能矩阵和光能系数矩阵；根据所述衍射降噪灰度图的光能矩阵和光能系数矩阵，通过P-T反演算法计算得出颗粒粒径分布。 10.一种FPGA，包括存储单元、处理单元以及存储在所述FPGA中并可在所述处理单元上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理单元执行所述计算机程序时实现如权利要求9所述颗粒检测方法的步骤。
所属类别：	发明专利