基于图像处理的油液污染度实时分析系统的研究

　　引言

　　由于机械磨损，空气氧化等作用，机器的润滑系统、液压系统中的工作油在使用过程中会受到不同程度的固态颗粒的侵入，如金属磨损磨粒、非金属磨粒以及水分等外界污染侵入物^[1]，通过对油液中污染颗粒的分析可以得到油液的污染等级，从而对设备的运行状态进行检测和故障分析。据统计，70% ～ 85% 的液压系统故障，是由油液污染引起的^[2]。因此，对油液污染状况进行检测，对提高液压系统的工作可靠性，延长其使用寿命有着十分重要的作用。

　　以往油液污染度检测主要采用离线的方法，此方法需要定期在现场采样，然后将样本带回实验室进行分析^[3]。这种离线检测的方法存在一些不足，比如，检测周期长，对实验操作人员的依赖性强; 而且为了便于分析，在实验过程中通常对油样进行处理，造成油液部分信息丢失。因此，传统的离线检测方法不适于工业现场使用。本文介绍了一种在线实时检测污染油液的方法，并进行了相关测试实验，取得了良好的效果。

　　1 系统简介

　　1. 1 系统总体功能

　　系统总体功能框图如图1 所示，本系统主要由图像获取和图像分析两部分组成。图像获取部分主要实现图像的采集与存储，由系统的硬件部分实现。图像分析主要实现图像的实时处理，计算出油液污染等级，这部分由系统的软件部分完成。图像分析中对颗粒的识别是本系统的重点和难点，只有准确、快速的提取出颗粒图像，才能为后续计算油液污染等级提供可靠的数据，并满足在线实时检测的要求。

　　1. 2 硬件原理框图

　　根据系统的总体功能，自行设计了本系统的硬件部分。该部分主要由光源、油路部分( 电机、油池、待测油样) 、光学系统( 光学显微镜) 、CCD 摄像机、图像采集卡和计算机五部分组成，如图2 所示。测试时，显微镜横卧，油池竖直放置，电机驱动油样在油池和管道内流动，左侧光源( 氙光) 照射油样，通过光学显微系统成像，经过CCD 转换后输出图像的数字信号，再经图像采集卡进入计算机，计算机读取、重现污染颗粒数字图像。最后，利用编写的“油液污染度检测”图像处理和数据分析软件，计算出被测油液的污染度等级。

　　2 颗粒图像的识别

　　2. 1 油液图像特征分析

　　经实验发现，由于成像设备、景深、油液自身、光源等的影响，采集到的图像具有以下特征:

　　( 1) 对于某些污染严重的油液，油液中可能出现较多的胶状颗粒。这些胶状物的外形轮廓不清晰，对识别造成很大的困扰( 如图3) 。