CN102406456B - 基于人眼视觉原理的煎鸡蛋火力自动控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

基于人眼视觉原理的煎鸡蛋火力自动控制方法及装置，该方法包括分析拍摄到的煎鸡蛋图像的直方图，当40-60之间灰度值占整幅图像超过1.6％，表明糊锅则停止加热；否则监测180-210之间灰度值占整幅图像是否达到0.8％，表明鸡蛋达到五分熟；占0.9％，表明鸡蛋八分熟；超过1％，则表明鸡蛋全熟，当达到所设生熟度时停止加热。该装置包括摄像头和火力控制装置，还包括控制面板、数据存储模块、时钟模块、摄像头控制模块、生熟度检测模块和火力控制模块。本发明的步骤和装置结构简单、可靠易行、判断精确，可有效地控制煎鸡蛋的生熟程度，节省了能源；显然本发明也可适用于以微型控制器为基础的各种工业和商业炉灶设备。

Description

基于人眼视觉原理的煎鸡蛋火力自动控制方法及装置

技术领域

本发明涉及一种自动煎鸡蛋的方法及装置，具体涉及一种基于人眼视觉原理的煎鸡蛋火力自动控制方法及装置，属于机器视觉及智能家电领域。

背景技术

煎鸡蛋是一种非常普遍的鸡蛋烹饪方式。现有的煎鸡蛋方法大多需要人工操作，无人监督的自动煎鸡蛋做法往往是靠检测温度来调节燃气供给量的燃气炉或电炉热量，或者是直接设置烹饪的时间，如具有煎炒和保温功能的控制器。但该无人监督的方法往往不准确，这是由于气压和打蛋形状的特性不同(如蛋清摊开的形状会导致不同位置的鸡蛋温度也不相同)，温度的阈值往往不好控制，煎出的鸡蛋很容易糊锅。

现有的具有火力控制功能的灶具多是用于煮粥，主要有两类产品，一类是半机械式的调谐锅，仍保留磁钢限温的方式，用改变继电器的通断时间或二极管半波整流的方式来调节沸腾后的功率，但这些功率调节有限，仍会溢出；另一类是电子限温和微电脑控制技术的微电脑控制器，电脑中存有事先设置的各种功能控制程序，煎炒过程中不断测量传感器感应的温度，通过继电器的通断比来调节加热功率。另一方面，由于燃气价格的不断上涨，燃气灶的热效率性能显得格外重要；同时消费者对燃气灶的安全性、节能性、智能性也提出了更高的要求；并且节能型家电也越来越被国家和电器厂家所重视。具有自动火力控制功能的煎鸡蛋的灶具将会节约大量的能源，但目前尚未有一种有效的自动煎鸡蛋火力控制方法及装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于人眼视觉原理的煎鸡蛋火力自动控制方法，能够根据煎蛋过程中鸡蛋的外观变化，判断鸡蛋的生熟程度，而控制燃气的供应量或电炉的功率，以克服现有技术的不足。不仅煎蛋时可节约燃气能量，且更能保证鸡蛋按其外观特性变化进行均匀地自动煎炸，不会存在煎炸过度或煎不熟的情况。

本发明的另一个目的在于提供一种基于人眼视觉原理的自动煎鸡蛋装置，根据煎鸡蛋过程中鸡蛋外观变化的来判断鸡蛋生熟程度，完全替代人眼在煎制过程中对鸡蛋在锅内状态的判断，且鲁棒性较好。

本发明方法的技术构思如下：

当煎蛋时，倒入必要的油料后，一般使用恒温加热。如果有人在旁边观察，人眼根据锅中鸡蛋外观形态的变化很容易判断鸡蛋的生熟程度(研究表明，该判断可用图像的直方图来表示)，进而控制炉灶的火力大小，这样一方面可以节约燃气和能量，另一方面可以保证鸡蛋不会因煎制过度而糊锅。因此基于人眼视觉原理进行无监督的自动煎蛋，按照鸡蛋外观的变化即时控制燃气火力或电功率，可实现类似人眼视觉的监督效果。

本发明的技术方案如下：

基于人眼视觉原理的煎鸡蛋火力自动控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)将摄像头设置在灶头的上方，将光照强度调整在150～200lux之间；

(2)设定鸡蛋的生熟程度，包括：五分熟、八分熟和全熟；

(3)摄像头以固定间隔时间δ秒拍摄煎鸡蛋的图像，并对拍摄的图像进行直方图分析以得到灰度分布，如果发现40-60之间灰度值占整幅图像超过1.6％，则表明糊锅，停止加热；否则持续监测180-210之间灰度值，如其占整幅图像达到0.8％，表明鸡蛋达到五分熟；占0.9％，表明鸡蛋八分熟；超过1％，则表明鸡蛋全熟；

(4)当达到步骤2所设的生熟度时，停止加热。

为了有效地通过图像识别煎鸡蛋的生熟度，上述步骤2之后还包括校准分析，即在设定鸡蛋的生熟程度之后，首先截取一幅锅底图像的样本，统计其灰度分布，在对煎鸡蛋图像进行直方图分析中对于分布在锅底灰度区间的像素值不再参与直方图分析，即将该像素值从整幅图像中排除。

还可在灶头上方加装光照稳定的光源以制造均匀的光照环境，这一点尤其适合于在密闭煎制的环境下使用。

上述步骤3中的固定间隔时间δ秒可以设置在1～2秒范围内，既保证了计算的精度与速度，又不至于因间隔时间太长而导致糊锅。

一种基于人眼视觉原理的煎鸡蛋火力自动控制装置，包括一个用于模拟人眼视觉的摄像头和火力控制装置，其特征在于还包括用于设定鸡蛋生熟度的控制面板，和用于存储设定的生熟度的数据存储模块，该数据存储模块分别向时钟模块、摄像头控制模块和生熟度检测模块发出启动信号；所述时钟模块根据该启动信号向摄像头控制模块发送时钟脉冲，而使摄像头控制模块控制摄像头以数据存储模块存储的时间间隔拍摄煎鸡蛋图像，所述生熟程度检测模块收到该启动信号后根据设定的生熟度开始分析摄像头拍摄的煎鸡蛋图像，若未达到设定的生熟度，则发出信号使摄像头控制模块继续控制摄像头拍摄，若达到设定的生熟度，则经由火力控制模块向所述火力控制装置发送关火脉冲而结束自动煎鸡蛋过程。

上述摄像头控制模块、生熟度检测模块和火力控制模块一起构成控制模块，该控制模块是以DSP或单片机实现的集成结构。

该控制装置还可以设有光源，且该光源设置在灶具的上方即可。

上述控制面板可采用电容式感应按键，用于鸡蛋生熟程度的设定和修改。

本发明的步骤和装置结构简单、可靠易行、判断精确，实现了对煎鸡蛋时鸡蛋生熟程度和自动火力控制的无监督判断，可有效地控制煎鸡蛋的生熟程度，也节省了能源；显然本发明的技术方案也适用于以微型控制器为基础的工业和商业炉灶设备。

通过控制面板设定好预定的鸡蛋生熟程度后，按下启动键就可实现无人监督自动煎鸡蛋，即可根据煎鸡蛋过程中鸡蛋外观特征的变化，自动判断鸡蛋的生熟程度，控制灶具自动动作，不仅节约能源，避免忘记关火的事故发生，而且做到鸡蛋色香味俱佳的效果。显然，本发明的技术内容也适用于以微型控制器为基础工业和商业炉灶设备。

附图说明

图1是本发明的火力自动控制方法的总体流程示意图。

图2是煎鸡蛋的示意图。

图3是煎鸡蛋时鸡蛋刚入锅到完全熟透的直方图。其中：

图3a是鸡蛋刚入锅时的直方图，刚打入时，鸡蛋接触热油的一面迅速变白，由于蛋清厚度问题上层的蛋清还是透明状态。对图像进行直方图分析，得出：灰度值在0-25之间的分别占总体的0.3％--1.5％之间，呈递增曲线。25-70之间的灰度值分别占总体的1.5％--2％之间，呈递增后递减曲线，灰度值25占1.7％左右，灰度值40占2％左右，灰度值50占1.7％左右，灰度值70占1.5％左右。

图3b是煎鸡蛋时鸡蛋五分熟的直方图，五分熟时，经过加热一段时间，蛋清基本凝固，蛋黄还未有变化。对图像进行直方图分析，得出：其变化主要在三个灰度值区间，25-70，140-160，200-240。25-70之间的灰度值分别占总体的2％--2.5％之间，呈递增后递减曲线，灰度值25占2％左右，灰度值50占2.5％左右，灰度值70占2％左右。灰度值140-160呈递增曲线，在灰度值140占0.5％左右，灰度值160约为0.7％。灰度值200-240呈递增后递减曲线，灰度值200占1％左右，灰度值225在1.4％左右，灰度值240在1％左右。由刚入锅状态到五分熟状态，灰度值在145左右到180左右之间的概率降低，200左右的灰度值上升。

图3c是煎鸡蛋时鸡蛋八分熟的直方图，八分熟时，经过加热一段时间，蛋清凝固之后，蛋黄已有所变化，蛋黄边缘有蛋清附着。对图像进行直方图分析，得出：其变化主要在三个灰度值区间，25-70，140-160，200-240。25-70之间的灰度值分别占总体的1.5％--1.8％之间，呈递增后递减曲线，灰度值25占1.5％左右，灰度值50占1.8％左右，灰度值70占1.5％左右。灰度值140-160呈递增后递减曲线，在灰度值140占0.4％左右，灰度值150占0.6％左右，灰度值160约为0.4％。灰度值200-240呈递增后递减曲线，灰度值200占0.8％左右，灰度值225在1％左右，灰度值240在0.8％左右。五分熟到八分熟状态，30，150，200左右的灰度值略微减少，灰度值在150到200之间的概率和增加。因为白色的蛋清面积增大，蛋黄略微减少。

图3d是煎鸡蛋时鸡蛋九分熟的直方图，九分熟时，经过加热一段时间，蛋黄附着的蛋清更多。对图像进行直方图分析，得出：其变化主要在三个灰度值区间，25-70，140-160，200-240。25-70之间的灰度值分别占总体的1.2％--2％之间，呈递增后递减曲线，灰度值25占1.7％左右，灰度值40占2％左右，灰度值70占1.2％左右。灰度值140-160呈递增后递减又递增曲线，在灰度值140占0.5％左右，灰度值150占0.6％左右，灰度值150占0.4％左右，灰度值160占0.5％左右。灰度值200-240呈递增后递减曲线，灰度值200占1％左右，灰度值225在1.2％左右，灰度值240在0.8％左右。八分熟到九分熟主要变化是蛋清进一步增加，蛋黄减少，有直方图可以看出150-200之间的灰度值总概率和增加。

图3e是煎鸡蛋时鸡蛋完全熟透的直方图，鸡蛋完全熟透时，蛋黄附着的蛋清更多。对图像进行直方图分析，得出：其变化主要在三个灰度值区间，25-70，140-160，200-240。25-70之间的灰度值分别占总体的1.5％--2.2％之间，呈递增后递减曲线，灰度值25占1.5％左右，灰度值40占2.2％左右，灰度值70占1.5％左右。灰度值140-160呈递增后递减再递增再递减曲线，在灰度值140占0.5％左右，灰度值145占0.7％左右，灰度值150占0.4％左右，灰度值160占0.5％左右。灰度值200-240呈递增后递减曲线，灰度值200占0.9％左右，灰度值230在1.1％左右，灰度值240在0.9％左右。九分熟到全熟，总体变化不明显，直方图也相对变化不大。

图4是煎鸡蛋时锅底的直方图。

考虑到锅底的颜色，其灰度值主要分布在20-40之间，且在煎制鸡蛋过程中保持不变。为了更准确地判断鸡蛋的生熟程度，可在程序运行过程中排除锅底灰度值对图像的影响。

图5是煎鸡蛋时已经焦了的鸡蛋的直方图。

已经焦了的鸡蛋做直方图分析，其灰度值主要分布在30-70之间，当检测到分布在这个范围的灰度值突然升高时，可判断其已经焦了。要控制加热火力避免该区域的灰度值过大，具体做法是检测到该区域灰度值异常是减小加热火力。

图6是本发明的火力自动控制装置的总体结构示意图(图中含灶具)。

图7本发明在灶头上方加装光源的结构示意图。

其中，1、摄像头，2、火力控制装置，3、摄像头控制模块，4、生熟度检测模块，5、控制面板，6、时钟模块，7、火力控制模块，8、数据存储模块，9、控制模块，10、灶具，11、光源。

具体实施方式

通常，煎鸡蛋的示意图如图2所示，可以看到在煎锅中蛋清摊开的形状通常是不规则的，蛋黄的形状基本保持圆形，且至终变化不大；通过实验分析，如附图3所示，鸡蛋的状态变化主要在三个区间，灰度值在30-70区间，150左右和200左右。

其中，如上述分析，灰度值在30-70区间表示已经焦了的鸡蛋，该区间还包括了一部分锅底的颜色的灰度值(20-40)；灰度值在150左右的区间表示鸡蛋在煎鸡蛋过程中，蛋清处于由透明到变成白色的中间状态；灰度值在200左右的区间表示蛋清熟透时所对应的灰度区间。

如图5所示，为了排除两个端值的可能不精确的数据，选取40-60之间灰度值占整幅图像的比例作为判断糊锅的灰度区间，又经实验分析当人眼判断糊锅时，在40-60之间的灰度值占整幅图像超过1.6％，因此以该比例作为判断糊锅的依据。

由于煎鸡蛋时蛋黄的变化不大，人眼主要是以蛋清的变化来判断是否煎熟，在此过程中蛋清的灰度变化主要在150-240之间，选取180-210之间灰度值作为判断鸡蛋生熟度的灰度区间；又经实验分析当人眼判断鸡蛋为五分熟、八分熟、全熟时，所述的三个生熟度所对应的180-210之间灰度值占整幅图像的比例分别是0.8％、0.9％和1％，因此监测180-210之间灰度值，如其占整幅图像达到0.8％，表明鸡蛋达到五分熟；占0.9％，鸡蛋八分熟；超过1％，则表明鸡蛋全熟。

因此通过上述实验分析，如图1所示，本发明的基于人眼视觉原理的煎鸡蛋火力自动控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)将摄像头设置在灶头的上方，将灶头位置的光照强度调整在150～200lux之间；摄像头将在步骤3中以固定间隔时间δ秒拍摄煎鸡蛋的图像，该固定时间间隔时间δ秒可以设置在1～2秒范围内；

(2)设定鸡蛋的生熟程度，包括：五分熟、八分熟、全熟；为了有效地通过图像识别煎鸡蛋的生熟度，该步骤之后还包括校准分析，即在设定鸡蛋的生熟程度之后，首先截取一幅锅底图像的样本，统计其灰度分布，在对煎鸡蛋图像进行直方图分析中对于分布在锅底灰度区间的像素值不再参与直方图分析，即将该像素值从整幅图像中排除，在步骤3中，该锅底灰度区间的像素不作为计算各个灰度区间所占整幅图像的百分比时的分母。

(3)对摄像头拍摄的煎鸡蛋图像进行直方图分析以得到灰度分布，如果发现40-60之间灰度值占整幅图像超过1.6％，则表明糊锅，停止加热；否则持续监测180-210之间灰度值，如其占整幅图像达到0.8％，表明鸡蛋达到五分熟；占0.9％，表明鸡蛋八分熟；超过1％，则表明鸡蛋全熟；

(4)当达到步骤2所设的生熟度时，停止加热。

还可在灶头上方加装光照稳定的光源以制造均匀的光照环境，这一点尤其适合于在密闭煎制的环境下使用。

一种基于人眼视觉原理的煎鸡蛋火力自动控制装置，包括一个用于模拟人眼视觉的摄像头1和火力控制装置2，其特征在于还包括用于设定鸡蛋生熟度的控制面板5，和用于存储设定的生熟度的数据存储模块8，该数据存储模块8分别向时钟模块6、摄像头控制模块3和生熟度检测模块4发出启动信号；所述时钟模块6根据该启动信号向摄像头控制模块3发送时钟脉冲，而使摄像头控制模块3控制摄像头1以数据存储模块8存储的时间间隔拍摄煎鸡蛋图像，所述生熟程度检测模块4收到该启动信号后根据设定的生熟度开始分析摄像头1拍摄的煎鸡蛋图像，若未达到设定的生熟度，则发出信号使摄像头控制模块3继续控制摄像头1拍摄，若达到设定的生熟度，则经由火力控制模块7向所述火力控制装置2发送关火脉冲而结束自动煎鸡蛋过程。

上述摄像头控制模块3、生熟度检测模块4和火力控制模块7一起构成控制模块9，该控制模块9是以DSP或单片机实现的集成结构。

如图7所示，该控制装置还可以设有光照可调的光源11，且该光源设置在灶具10的上方即可。

上述控制面板5可采用电容式感应按键，用于鸡蛋生熟程度的设定和修改。

上述摄像头1的分辨率在320*480以上。

使用时，在普通的燃气灶具或者电炉的灶头上方(一般不要在正上方，可在稍微偏离正上方的位置处)安装摄像头装置，保证摄像头1的拍摄照片的中心在燃气灶或电炉燃烧器的中心。光源11可安装于正上方。电子控制面板5可安装到抽油烟机上，也可选择更加合适的位置，只要保证信号的正常传输即可。

如附图6所示，本发明的煎鸡蛋火力自动控制装置的工作过程如下：

首先由用户在控制面板5设定预期生熟度，该生熟度信息存储于数据存储模块8；并可经由控制面板5控制系统是否启动，若启动，则数据存储模块8发出信号，使得时钟模块6连续不断地以固定时间间隔发送时钟脉冲，同时摄像头控制模块3接收时钟模块6发出的时钟脉冲信号，以数据存储模块8内存储的预设时间间隔控制摄像头1拍照，生熟程度检测模块4收到数据存储模块8发来的启动信号时，告知火力控制模块7向火力控制装置2发送点火脉冲，控制灶具10点火，生熟程度检测模块4接收到摄像头1传送来的图像后进行分析，若未达到用户由控制面板5所设定并存储在数据存储模块8中的预期生熟程度，则发送信号使得摄像头控制模块3继续控制摄像头1拍照，若达到预期生熟程度，则发送信号告知火力控制模块7，使其向火力控制装置2发送关火脉冲，关闭灶具10，自动煎鸡蛋流程结束。

Claims (8)

1.基于人眼视觉原理的煎鸡蛋火力自动控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

（1）将摄像头设置在灶头的上方，将光照强度调整在150～200lux之间；

（2）设定鸡蛋的生熟程度，包括：五分熟、八分熟和全熟；

（3）摄像头以固定间隔时间δ秒拍摄煎鸡蛋的图像，并对摄像的图像进行直方图分析以得到灰度分布，如果发现40-60之间灰度值占整幅图像超过1.6%，则表明糊锅，停止加热；否则持续监测180-210之间灰度值，如其占整幅图像达到0.8%，表明鸡蛋达到五分熟；占0.9%，表明鸡蛋八分熟；超过1%，则表明鸡蛋全熟；

（4）当达到步骤2所设的生熟度时，停止加热；

上述步骤还包括校准分析：在设定鸡蛋的生熟程度之后，首先截取一幅锅底图像的样本，统计其灰度分布；在对拍摄的煎鸡蛋图像进行直方图分析中对于分布在锅底灰度区间的像素值不再参与直方图分析，即将该像素值从整幅图像中排除。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于在灶头上方加装光照稳定的光源以制造均匀的光照环境。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于上述步骤3中的固定间隔时间δ秒在1～2秒范围内。

4.一种基于人眼视觉原理的煎鸡蛋火力自动控制装置，包括一个用于模拟人眼视觉的摄像头（1）和火力控制装置（2），其特征在于还包括用于设定鸡蛋生熟度的控制面板（5），和用于存储设定的生熟度的数据存储模块（8），该数据存储模块（8）分别向时钟模块（6）、摄像头控制模块（3）和生熟度检测模块（4）发出启动信号；所述时钟模块（6）根据该启动信号向摄像头控制模块（3）发送时钟脉冲，而使摄像头控制模块（3）控制摄像头（1）以数据存储模块（8）存储的时间间隔拍摄煎鸡蛋图像，所述生熟程度检测模块（4）收到该启动信号后根据设定的生熟度开始分析摄像头（1）拍摄的煎鸡蛋图像，若未达到设定的生熟度，则发出信号使摄像头控制模块（3）继续控制摄像头（1）拍摄，若达到设定的生熟度，则经由火力控制模块（7）向火力控制装置（2）发送关火脉冲而结束自动煎鸡蛋过程。

5.如权利要求4所述的控制装置，其特征在于上述摄像头控制模块（3）、生熟度检测模块（4）和火力控制模块（7）是以DSP或单片机实现的集成结构。

6.如权利要求4所述的控制装置，其特征在于该控制装置还设有光源（11），且该光源（11）设置在灶具的上方。

7.如权利要求4所述的控制装置，其特征在于上述摄像头（1）分辨率在320*480以上。

8.如权利要求4所述的控制装置，其特征在于上述控制面板（5）采用的是电容式感应按键。

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