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基于数字图象处理的油液污染检测 本文介绍一种新的基于数字图象处理的油液污染检测技术。运用计算机图象处理借用医学上血球计数技术,摄取含污染物颗粒的照片,将照片扫描为计算机图象。利用图象处理软件,统计、显示污染颗粒的大小和数量。采用此方法成功地进行了检测实验。 液压油污染检测是液压系统维修和故障诊断的重要环节。研究表明,液压系统的故障至少有70 %～80 %是由于液压系统不清洁造成的。油液杂质的存在使液压元件过度磨损,从而引起系统性能恶化,严重时将造成元件损坏或系统失灵。 目前,国内外常用的油液污染评定方法主要有称重法、光测法、电测法、淤积法和计数法等。其中前4 种方法虽然在一定程度上能定性或定量地确定出油液污染程度,但它们均不能给出油液中污染颗粒的形状、尺寸及其分布情况。而计数法则能定量地确定有关油液污染颗粒的信息。传统的光学显微镜计数法是将100 ml 油样通过稀释、过滤,然后采用带有格子的特殊显微镜进行观察, 并与NAS1638 12 级的污染度标准或由文献外推后得到的NAS1638 16 级的污染度进行对比,以确定油液污染度等级。显然此方法的检测工作量大、精度低,而且检测速度也很慢。 检测方案 从图象处理的角度出发,如果根据NAS1638 标准,对100 ml 油液经稀释放大后所成的图象将大得惊人,在技术上无法实现。为了解决这个问题,采用了医学上的血球计数技术。从液压系统中取少量油样,稀释倍数设为n 倍,然后在血球计数板上测出稀释后的1 mm3 油液中所含的各档尺寸的颗粒数目,重复几次取平均值,然后乘以n ×105即可得出100 ml 油液中的颗粒数目,并以此根据NAS1638 可以获得油液的污染等级。 油液中的颗粒数的测定,利用上海医用光学仪器厂所生产的XB2K225 血球计数板。该板为一特制的玻璃片,上面分别刻有上、下两个计数室,见图1 。每室分为9 个大方格,大方格每边长1 mm, 计数室深度为0.1 mm, 故每个大方格的容积为011 mm3 ,从上、下各取5 格为颗粒计数格,则总容积为1 mm3 。实验数据为采用血液计数板在光学显微镜下观察得到的对同一油样随机抽样，然后用概率论知识进行判断 油液污染状态的图象获取及处理 实验设备为带照相机接口的光学显微镜、上海医用光学仪器厂XB-K-25 型血球计数板、厚0. 4 mm 长方形盖玻片及细玻棒。首先用石油醚将待测油样稀释并清洗计数板、盖玻片、细玻棒等,然后用细玻棒蘸适量油样滴入计数室, 静置1 min , 待颗粒下沉后用显微镜进行观察和拍照。在观察倍数为10 ×10 的时候正好一次拍下如图1 所示的一个区域。对上下计数室分别进行5 个区域的拍摄,一次实验就可拍下10 张照片。 为了形成对比,对同一种液压油进行了同一种污染程度不同稀释倍数和不同污染程度相同稀释倍数的对比实验,所获得的相片如图2～图4 所示。 从对比中可以看出污染程度越重的液压油中的颗粒越多。加大稀释倍数可以使相片中的污染颗粒成象更清晰,但统计结果的可靠性自然要降低。为了从理论上进行分析和探讨, 采用文献中介绍的程序模块对图2 进行图象处理。 该图象处理软件包括图象解压、图象剪取、图象对比度增强、颗粒提取、二值化、区域标记及小区域消除、边沿提取、短线条消除以及利用边界跟踪算法进行的统计计算和结果显示。软件结构如图5 所示。 每一模块所实现的功能为: (1) 图象扫描。将前面获得的有关油液污染状态的黑白相片在扫描仪下扫描成一幅256级灰度、170 ×250 象素的数字图象, 图象文件格式为pcx[9 ] 。(2) 图象解压。从压缩过的pcx 图象文件中读出图象数据。(3) 预处理。①图象剪取: 通过一定的算法将图象的白边剪去仅保留反映污染状况的部分; ②对比度增强: 进一步将污染颗粒与背景区分开; ③颗粒提取: 通过一定的算法将图象中的颗粒从复杂的背景中提取出来; ④ 二值化: 将颗粒提取出来后的图象二值化, 最后的黑象素(灰度值为0) 表示污染颗粒, 以白象素(灰度值为1) 表示背景。(4) 区域标记及小区域的消除。去除二值图象孤立点和麻点噪声。(5) 边沿提取。将黑区域的边界轮廓提取出来, 并以此来反映污染颗粒外形。(6) 短线条消除。去掉经边沿提取后所产生的短线条, 从而使每个颗粒外形封闭, 以便边界跟踪算法的实施。(7) 统计计算。①边界跟踪: 通过一定算法获得边界上点的坐标, 然后求出两点间的最大距离, 并以此反映颗粒的大小; ②结果显示: 将统图6 　污染颗粒尺寸分布图计结果以直方图形式显示出来。图6 即为对图2的统计结果。有关资料表明[10 ],50～100μm 以上的颗粒仅占3% 左右,其值甚小,因此不计入该档颗粒对检测结果基本上