一種基于可見激光和圖像處理的液位檢測方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于可見激光和圖像處理的液位檢測方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 液位檢測是指用一定的方法對液體的高度進行測量。這種技術(shù)廣泛應用于日常生 活、工業(yè)生產(chǎn)、石油運輸、發(fā)電站及城市排污電機的節(jié)能控制等許多方面。
[0003] 現(xiàn)階段的水位檢測大致可分為接觸式和非接觸式兩種方法。一是采用浮子式液位 計，浮子式液位計屬于機械模式，易出故障。二是采用壓阻式液位變送器，對液位進行檢測， 這種檢測方法是依據(jù)液面下某處的壓強與其離液面的距離成正比關(guān)系的原理而設計。目前 使用的大多為進口產(chǎn)品，價格高、抗擾性較差，器件的非線性和液體中的雜質(zhì)對測量精度影 響很大，例如對同一高度的清水與含泥沙的水進行檢測時，檢測結(jié)果卻不一樣。同時，由于 檢測器與被測液體直接接觸，造成檢測器件本身被有害物質(zhì)侵蝕、影響了檢測精度和使用 壽命，從而一定程度上限制了其應用范圍。
[0004] 在非接觸式的檢測裝置中，目前有超聲波，紅外線、激光液位測量儀表等。其中超 聲波具有代表性，超聲波液位測量儀表具有非接觸的特點，性能可靠，具有實用價值，因而 成為液位檢測儀表的一個發(fā)展方向，在國內(nèi)外均得到較為光泛而深入的研究和應用。但是， 受自身特點（如受溫度變化影響較大、模擬量轉(zhuǎn)換精度不足，受檢測液面的波動影響較大） 等因素的制約，超聲波液位測量儀表在大量程范圍內(nèi)難以達到高精度，安裝要求高，需要專 業(yè)人員安裝，而且當檢測液面有懸浮物、泡沫、波動時，檢測精度大幅降低。
[0005][0006] ①抗干擾能力不足：由于日照亮度的變化，以及白晝的變化，使得液位線的對比度 降低，導致液位線的提取存在一定難度，同時當環(huán)境周圍存在其它干擾物體的投影時，會引 起液位線的誤檢，誤將其他物體的投影當作液位線，從而檢測錯誤；
[0007] ②安裝不便：考慮到上面的因數(shù)，安裝時要避免陽光的直射，以及避開其他突出的 遮擋物，需要增加安裝一塊白色背板；
[0008] ③維護周期短：由于安裝時需加裝一白色的背板，此白色的背板易受到液體的污 染而形成干擾，當液體比較臟時，在浸泡后易形成黑色的污漬線條，當液位下降后，容易被 誤檢為實際的液位線，因此需要定期清洗白色背板，此周期受液體的污染程度增強而變短。
[0009] 因此，有必要設計一種新型的液位檢測方法和裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于可見激光和圖像處理的液位檢測方 法和裝置，該基于可見激光和圖像處理的液位檢測方法和裝置易于實施，抗干擾能力強。 [0011] 發(fā)明的技術(shù)解決方案如下：
[0012] 一種基于可見激光和圖像處理的液位檢測方法，包括以下步驟：
[0013] 步驟I :建立測量坐標系；
[0014] 沿豎直方向建立用于表征實際液位變化的液位一維坐標AB";-維坐標AB"位于 背景所在的平面中；背景為存儲液體的容器的豎直方向的內(nèi)壁；
[0015] 攝像頭和用于發(fā)出可見激光的激光頭設置在液面之上；攝像機相對于水平面斜向 下面對背景；攝像機的光軸相對于水平面的夾角為Θ ;
[0016] 建立投影一維坐標AB，投影一維坐標AB與液位一維坐標AB"之間的夾角為Θ ;
[0017] 記攝像機所在位置為0點，激光頭的掃描面為平面，該掃描面與0 AB"平面存在 一個非零的夾角；【即掃描面與〇 AB"平面不重合，這樣就保證激光點的運動軌跡就不會是 一條直線】
[0018] A為投影一維坐標AB與液位一維坐標AB"的公共原點；
[0019] 步驟2 :通過可見激光點運動目標檢測，獲取可見激光點運動的運動軌跡；
[0020] 將可見激光在液面的上下位置進行掃描，可見激光在所述的背景上形成激光點， 由攝像機捕捉激光點的運動軌跡圖像；
[0021] 步驟3 :基于所述的運動軌跡圖像獲得對應液面位置的角點坐標；并基于該角點 坐標求取實際的液位值；
[0022] 所述的角點坐標為投影一維坐標AB的坐標，角點的位置為C，角點在投影一維坐 標AB內(nèi)C的坐標為AC ;
[0023] 基于以下公式求取液位值AC":
[0024] AC" = AC*sin( Z ACC" )/sin(180° - Θ - Z ACC");
[0025] 所述的*號為乘號；
[0026] ZACC"的計算方法為：
[0027] AOAC內(nèi)，A0、AC、Z OAC已知，根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系求出Z 0CA，于是有ZACC"= 180° -zocad【zoac=zoac" -Θ】
[0028] 在步驟1中，對攝像機的圖像畸變進行校正，校正方法為：選擇標準多色方格圖 片，攝像頭對標準圖片垂直成像，與標準圖片比較后得到此攝像頭或相機成像后畸變部分 像素點偏移值，形成畸變校正表，對每幅液位圖片處理前首先進行校正。
[0029] 在步驟1中，采用標尺對投影一維坐標AB與液位一維坐標AB"進行標定。
[0030] 所述的激光頭設置在云臺上，由云臺帶動激光頭實現(xiàn)掃描。
[0031] 一種基于可見激光和圖像處理的液位檢測裝置，包括攝像頭、激光頭和用于實現(xiàn) 數(shù)值計算的數(shù)據(jù)處理模塊；
[0032] 背景為存儲液體的容器內(nèi)壁；
[0033] 攝像頭和用于發(fā)出可見激光的激光頭設置在液面之上；攝像機相對于水平面斜向 下面對背景；攝像機的光軸相對于水平面的夾角為Θ ;
[0034] 采用前述的基于可見激光和圖像處理的液位檢測方法實現(xiàn)液位測量。
[0035] 所述的激光頭設置在云臺上。
[0036] 所述的數(shù)據(jù)處理模塊采用ARM處理器。
[0037] ARM處理器與觸摸顯示屏相連。
[0038] ARM處理器與通信單元相連。
[0039] ARM處理器集成于UT6410CV05核心板上，液位檢測裝置還包括與數(shù)據(jù)處理模塊相 連的網(wǎng)口，所述的通信單元為無線通信單元或串口。
[0040] 系統(tǒng)硬件由攝像機或相機、云臺控制的可見激光發(fā)射器和嵌入式系統(tǒng)組成。嵌入 式系統(tǒng)包括有線、無線、控制接口以及人機接口。
[0041] 圖像畸變校正：選擇標準多色方格圖片，每個應用攝像頭或相機對標準圖片垂直 成像，與標準圖片比較后得到此攝像頭或相機成像后畸變部分像素點偏移值，形成畸變校 正表，檢測中每幅液位圖片處理前首先進行校正。
[0042] 構(gòu)造一維坐標：軸向為液位變化方向，即坐標軸最小刻度間為η像素，η取值為（0， 1，2,3,...）中的任意整數(shù)，數(shù)值越大表明坐標精度越高，但值太大在坐標變換時會引入舍 入誤差以及測量范圍小，根據(jù)攝像頭的分辨率，η -般選取5-20個像素點，每刻度間的實際 間距會因成像圖片的遠近成比例的放大縮小，然后對坐標系以軸上部頂端為原點向前方旋 轉(zhuǎn)0-90度，可得到相應各種角度下的坐標系；因現(xiàn)場安裝時攝像頭以一定的角度向下拍攝 液位圖片，位置關(guān)系見附圖4和附圖3,液位變化方向為AB"方向，在鏡頭中成像的投影坐 標軸為AB方向而實際的坐標軸為AB"方向，AB"和AB之間的夾角為Θ，因此需要將投影 坐標軸向前方旋轉(zhuǎn)Θ角度，得到現(xiàn)場的一維坐標軸，然后以旋轉(zhuǎn)后的坐標軸來計算液位的 高度）。在實際測量過程中，先在室內(nèi)預拍一張攝像頭與標尺垂直的圖片，并存儲在系統(tǒng)存 儲設備中，然后利用圖像分割算法，計算得到標尺的投影坐標軸ΑΒ，因攝像頭與標尺垂直， 所以投影坐標軸AB和實際坐標軸AB"重合。在現(xiàn)場安裝設備時，將標