CN101263369A - 用于通过图像来测量液位的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于通过图像来测量液位的系统和方法，更具体地涉及这样一种用于通过图像来测量液位的系统和方法，其通过使用远离待测液体而定位的例如照相机的图像获取装置，对安装有量杆的液面的邻近处进行拍摄，并通过对拍摄的胶片进行分析，而能够精确并自动地测量液位。用于通过图像来测量液位的系统包括：安装在液体中的量杆；图像获取部分，其远离安装有量杆的位置设置并且通过对安装有量杆的液面的邻近处进行拍摄而获取图像；以及液位识别部分，其控制图像获取部分获取图像，其中液位识别部分接收由图像获取部分获取的图像并且确定液位。

Description

用于通过图像来测量液位的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于通过图像来测量液位的系统和方法，更具体地涉及这样一种用于通过图像来测量液位的系统和方法，其通过使用远离待测液体而定位的例如照相机的图像获取装置、对安装有量杆的液面的邻近处(proximity)进行拍摄，并通过对拍摄的图像进行分析，而能够精确和自动地测量液位。

背景技术

传统上已存在多种测量液位的方法，其适于测量例如液体储存罐中的液体、水坝的水位、或河流的水位。那些方法中最简单的方法是在水中安装具有刻度的量杆并通过以肉眼观察刻度而测量水位。虽然这种方法具有观察者能够通过肉眼直接测量水位的优点，但是由于通过肉眼观察来测量的本质，因而该方法还存在不能验证结果的精确性的缺点。此外，采用这种方法也不能实现自动测量。

除了通过以肉眼观察刻度而测量液位的方法之外，还存在作为自动测量液位的方法之一的使用压力传感器的方法。使用压力传感器测量液位的方法包括以下步骤：将压力传感器放置在液体中、测量液体的压力、以及将作用于传感器上的液体压力值转换为液位。然而，使用这种压力传感器测量液位的方法具有多种问题，例如由被测液体的流动引起的放置在液体中的压力传感器的移动、液体对传感器的污染、以及出现由传感器对液面变化的日益恶化的灵敏度引起的误差。

此外，除了以肉眼直接测量液位的方法之外，还存在作为另一自动测量液位的方法的使用超声波或雷达传感器的方法。虽然该方法具有能够自动测量液位的优点，但其缺点是如果液体的表面不规则地改变或者液体的温度发生变化，结果的精确性则可能由于传感器的误差逐渐增大而恶化。

作为另一种测量液位的传统方法，存在通过设置漂浮物来测量液位的方法，该漂浮物设置在例如用于对液体进行稳定的稳水井的结构中。虽然因为稳水井对其内部容纳的液面进行稳定，所以该方法具有能够以相当高的精确度测量液位的优点，但因为残余物(debris)很可能聚集在该结构或稳水井的内部，所以该方法也具有不能将液位的变化灵敏地反映出来的缺点。

发明内容

技术问题

如上所述，传统的测量液位的方法及其装置的缺点在于必须将传感器或结构设置成与液体接触，这导致与液体接触的传感器或机械装置损坏或故障。

此外，如果将负责验证测量值的中央监控中心远离测量地点定位，则因为不能以肉眼观察测量地点，所以传统的测量液位的方法及其装置还具有不能验证被测液位的精确性的缺点。

因此，需要这样一种系统或方法，其通过对传统的测量液位的方法进行修改而能够更加精确和更加稳定地测量液位。

技术方案

本发明的一个目的是通过提供一种用于通过图像来测量液位的系统和方法而实现的，其通过使用远离待测液体而定位的例如照相机的图像获取装置、对安装有量杆的液面的邻近处进行拍摄，并通过对拍摄的图像进行分析，而能够精确和自动地测量液位。

本发明的另一个目的是通过提供一种用于通过图像来测量液位的系统和方法而实现的，其使得中央监控装置能够通过接收液位的测量值和同时在测量地点拍摄的图像来验证测得的液位的精确性。

有益效果

本发明通过克服传统的用于测量液位的装置或方法的缺点，而具有例如在不与液体接触的情况下精确地测量液位、并通过向监控管理员传输液面的图像而检测任何可能出现的误差进而精确且稳定地测量液面液位的有益效果，其中传统的用于测量液位的装置或方法的缺点包括：由测量液位所需的传感器或结构的影响而可能出现的误差、由于设置在液体中的传感器难以维护而可能出现的误差、以及不能从遥远的地点用肉眼观察量杆而验证精确性。

附图说明

通过下面结合附图对本发明的各个方面的描述，本发明的上述和/或其他方面及优点将会更加显而易见和更加易于理解，其中：

图1是根据本发明的实施方式的用于通过图像来测量液位的系统的示意图；

图2是示出根据本发明的实施方式的用于通过图像来测量液位的系统的图像获取部分和液位识别部分的方框图；

图3示出了根据本发明的实施方式的用于通过图像来测量液位的系统的量杆的实例；

图4示出了图3中示出的安装在待测液体中的量杆的示例性状态；

图5A示意性地示出了在比较步骤中用作标准的示例性的标准图像；

图5B示意性地示出了由照相机拍摄的实际拍摄图像，并示出了在安装有量杆101的液面的邻近处的预定拍摄范围；

图5C示意性地示出了将照相机倾斜后重新拍摄的图像；

图6是根据本发明的实施方式的用于通过图像来测量液位的方法的流程图；

图7是示出用于图6中示出的获取图像步骤的指定步骤的流程图；

图8是示出用于图6中示出的确定液位步骤的具体步骤的流程图。

实现发明的最佳方式

本发明一方面在于提供一种用于通过图像来测量液位的系统，其特征在于所述系统包括：安装在液体中的量杆；图像获取部分，其远离安装所述量杆的位置设置，并且通过对安装有所述量杆的液面的邻近处进行拍摄而获取图像；以及液位识别部分，其控制所述图像获取部分获取所述图像，其中所述液位识别部分通过接收由所述图像获取部分获取的所述图像而确定所述液位。

本发明的另外的方面和优点将在随后的描述中得到部分地阐述，并且将通过该描述而在某种程度上变得显而易见，或者可通过本发明的实践来获得。

发明的实施方式

本发明的目的通过提供一种用于通过图像来测量液位的系统而实现，所述系统包括：安装在液体中的量杆；图像获取部分，其远离安装所述量杆的位置设置，并且通过对安装有所述量杆的液体的液面的邻近处进行拍摄而获取图像；以及液位识别部分，其控制所述图像获取部分获取所述图像，其中所述液位识别部分接收由所述图像获取部分获取的所述图像并且确定所述液位。

所述图像获取部分包括：照相机，其对安装有所述量杆的液面的所述邻近处进行拍摄；以及风机式倾斜装置(fan-tilt)，其使所述照相机竖直和水平地转动。所述液位识别部分包括：图像抓取器，其接收由所述照相机拍摄的图像；主控制部分，其通过从所述图像抓取器接收所述拍摄的图像而确定所述液位；以及触发信号控制模块，其基于所述主控制部分的控制向所述照相机发送触发信号并向所述风机式倾斜装置发送倾斜信号。

所述主控制部分从所述图像抓取器接收由所述照相机拍摄的图像信号以确定所述拍摄的图像的色饱和度的梯度。然后，所述主控制部分将所述色饱和度的梯度与所述色饱和度的梯度的预定的第一阈值进行比较。如果所述拍摄的图像的所述色饱和度的梯度小于所述第一阈值，那么所述触发信号控制模块控制所述风机式倾斜装置来转动所述照相机并再次向所述照相机发送所述触发信号。

此外，所述主控制部分从所述图像抓取器接收由所述照相机拍摄的所述图像，以通过根据所述图像产生基于所述色饱和度的数字化图像而识别液位。然后，所述主控制部分根据所述数字化图像来识别刻在所述量杆上的数字并确定所识别的数字中的最小数字。所述主控制部分识别由所述液面和对应于所述最小数字的数字之间的垂直距离组成的像素的数量，以使其能够计算出根据所述数字化图像确定的所述最小数字与所述液面之间的距离。因此，所述液位能够通过从所述最小数字中减去所述计算出的距离而确定。

所述主控制部分将基于所述色饱和度的所述数字化图像与预定的第二阈值进行比较，以便将超过所述第二阈值的边界部分识别为所述液面。在这里，所述主控制部分将包含连续数字的部分与所述数字化图像分开，并通过将所述连续数字的字体与预先存储的字体数据进行比较而识别数字，其中所述连续数字具有一定范围的值。

所述主控制部分控制所述触发信号控制模块以使得所述照相机能够拍摄至少三个连续数字。然而，在根据所述数字化图像而识别的所述数字并非至少三个连续数字的情况下，优选将这种情况识别为错误，以使得所述主控制部分控制所述触发信号控制模块，以触发所述照相机进行重新拍摄。

此外，所述主控制部分对通过所述数字化图像识别的所述液面和对应于所述最小数字的所述量杆上的所述数字之间的垂直距离的像素的数量，与所述量杆上的相邻数字间的像素的数量进行比较。这样，所述主控制部分计算出从所述最小数字到所述液面的距离。

此外，优选地，所述图像获取部分还包括由所述触发信号控制模块控制的照明装置。当从所述图像抓取器接收的所述图像的所述色饱和度小于预定的标准值时，所述控制部分优选控制所述触发信号控制模块以触发所述照明装置并向所述照相机发送重新触发信号。

此外，因为所述量杆形成有数字和填充所述数字间的空间的辅助刻度，所以优选能够通过以肉眼观察由所述照相机拍摄的所述图像而测量所述液位。优选地，所述液位识别部分还包括由所述主控制部分控制的传输装置，以使得所述传输装置根据所述主控制部分的控制，向远离测量地点而定位的中央控制部分传输由所述照相机拍摄的所述图像和由所述主控制部分确定的所述液位。

作为本发明并非局限于此的实施例，所述液位可以为液体储罐中的液位、水坝的水位以及河流的水位之一。

本发明的另一目的通过提供一种用于通过图像来测量液位的方法而实现，所述方法包括以下步骤：在液体中安装量杆；通过利用远离安装量杆的位置而设置的照相机，对安装有所述量杆的液面的邻近处进行拍摄而获取图像；以及根据所获取的图像来确定液位。

这里，通过对液面的邻近处进行拍摄而获取图像的步骤可以包括以下步骤：对安装有所述量杆的液面的所述邻近处进行拍摄；确定所述邻近处的所述全部拍摄的图像的色饱和度的梯度，并将所述确定的色饱和度的梯度与所述色饱和度的梯度预定的第一阈值进行比较；如果所述邻近处的所述拍摄的图像的所述色饱和度的梯度小于所述第一阈值，则通过使所述照相机倾斜而重新拍摄所述邻近处；以及如果所述邻近处的所述拍摄的图像的所述色饱和度的梯度大于所述第一阈值，则判定所述拍摄的图像包含所述量杆接触所述液体的液面的所述邻近处。

此外，所述确定液位的步骤可以包括如下步骤：通过根据在所述获取图像的步骤中获取的所述图像产生基于所述色饱和度的数字化图像而识别液面；根据所述数字化图像来识别刻在所述量杆上的数字并确定所识别的数字中的最小数字；通过计算所述液面和量杆上对应于所述最小数字的所述数字之间的垂直距离的像素的数量，计算根据所述数字化图像而确定的所述最小数字和所述液面之间的距离；以及通过从在所述确定最小数字的步骤中确定的所述最小数字中减去在所述计算距离的步骤中计算的所述距离，确定所述液位。

在下文中，将作为实施例而参照附图对根据本发明的优选实施方式进行描述。

图1是根据本发明的实施方式的用于通过图像来测量液位的系统的示意图。

如图1所示，安装在液体105上的、根据本发明的实施方式的用于通过图像来测量液位的系统，包括：量杆101，其刻有用于测量液位的主要刻度和辅助刻度的数字；图像获取部分102，其安装在与量杆101隔开一定距离而定位的支撑装置107上，并通过对安装有量杆101的邻近处106进行拍摄而获取图像；液位识别部分103，其连接至图像获取部分102以控制图像获取部分102获取图像并且通过接收由图像获取部分102获取的图像来确定液体105的液位。

此外，如图1所示，根据本发明的实施方式的用于通过图像来测量液位的系统可包括中央监控部分104，中央监控部分104在远处定位，并通过使用电缆或无线传输装置来接收由液位识别部分103识别的液体105的液位以及由图像获取部分102获取的图像。

图2是示出根据本发明的实施方式的用于通过图像来测量液位的系统的图像获取部分和液位识别部分的方框图

如图2所示，图像获取部分102包括对安装有量杆101的邻近处106进行拍摄的照相机205、用于使照相机205竖直和水平转动的风机式倾斜装置206、用于改变照相机205的焦距和使其聚焦的透镜控制模块208、以及用于对被拍摄的邻近处的亮度进行调整的照明装置207。

此外，图2中示出的液位识别部分103包括：图像抓取器203，其接收由照相机205拍摄的图像；主控制部分201，其通过接收由照相机205拍摄的图像确定被测液体的液位；触发信号控制模块202，其向照相机205发送触发信号、向用于使照相机205竖直和水平转动的风机式倾斜装置206发送倾斜信号、并向控制照相机透镜的透镜控制模块208发送控制信号以根据主控制部分201的控制，增强对量杆101附近的邻近处106的拍摄；以及传输装置204，其将来自主控制部分204的拍摄图像和液位数据传输至中央监控部分104.

图3示出了根据本发明的实施方式的用于通过图像来测量液位的系统的量杆的实例。

如图3所示，安装在液体中的量杆101(通常将其安装成垂直于液面而浸没在液体中)包括作为主刻度的数字301和辅助刻度302，其中在数字301之间刻上边界线303。边界线303之间的距离可优选为例如10cm等的预定距离。此外，刻在量杆上的作为主刻度的数字301应优选以可由液位识别部分103的主控制部分201识别的特定字体写入。

图4示出了图3中示出的安装在待测液体中的量杆的示例性状态。如图所示，量杆101优选被安装成垂直于液面而浸没在待测液体中以便能够使测量误差最小。

在下文中，将对确定液位的过程进行描述，首先描述利用通过图像来测量液位的系统来获取图像的步骤。

当液位识别部分103的主控制部分201控制触发信号控制模块202向图像获取部分102的照相机205发送触发信号时，照相机205开始对安装有量杆101的液面的邻近处的预定拍摄范围进行拍摄。照相机205将拍摄的图像作为获取的图像数据传输至图像抓取器203，然后图像抓取器203将从照相机205接收的获取的图像数据传输至主控制部分201。

主控制部分201开始分析从图像抓取器203接收的照相机205的获取的图像数据。也就是说，主控制部分201确定由照相机205拍摄的全部图像的色饱和度的梯度。

图5A示出了存储在主控制部分201中的示例性的标准图像，图5B示出了由照相机拍摄的示例性的实际拍摄图像并示出了安装有量杆101的液面的邻近处的预定拍摄范围。

在分析如图5B所示的由照相机205拍摄的实际拍摄图像之前，主控制部分201预先对图5A示出的标准图像的每一个像素确定沿X轴和Y轴的色饱和度的梯度，以便对图像的沿X轴和Y轴的每一个像素建立标准色饱和度的梯度可容许的阈值或阈值范围。对于每一个像素的X轴和Y轴，可将色饱和度的梯度的阈值或阈值范围以表格的形式存储在主控制部分201中。

主控制部分201通过接收来自图像抓取器203的图5B中示出的实际拍摄图像而分析实际拍摄图像。换句话说，主控制部分201对图5B中示出的实际拍摄图像的每一个像素确定沿X轴和Y轴的色饱和度的梯度，并且将确定的梯度与对图5A示出的标准图像预定的色饱和度的梯度的阈值进行比较。如果分析图像的步骤确定实际拍摄图像的分析数据偏离色饱和度的梯度的预定阈值，那么主控制部分201通过将实际拍摄图像的梯度与预定阈值进行比较而确定二维图像的沿X轴和Y轴的位移(displacement)，以使得实际拍摄图像的梯度落在阈值内。然后，主控制部分201确定照相机205的三维位移，以得到二维图像的沿X轴和Y轴的位移。这里，照相机205的三维位移可包括在竖直和水平方向上的转动。

在完成对由照相机205拍摄的图像的分析之后，主控制部分201通过202控制风机式倾斜装置206以移动照相机205，以便根据二维图像的沿X轴和Y轴的确定的位移来控制三维运动。

此外，当由于所拍摄图像的低亮度而引起所拍摄图像的色饱和度低于预定的标准值时，主控制部分201可通过触发信号控制模块202控制照明装置207的触发及光强。因此，优选地，根据本发明的实施方式的用于通过图像来测量液位的系统的照明装置能够控制照明强度。

如果以上述方式做出调整而进行重新拍摄，那么主控制部分201通过202向照相机205发送重新触发信号。因此，照相机205重新拍摄所述邻近处并将拍摄的图像通过图像抓取器203传输至主控制部分201。然后，主控制部分201通过执行上述同样的程序将再次接收的图像数据与图5A示出的标准图像进行比较，以便确定是否使用照相机205进行重新拍摄。图5C示出了在通过风机式倾斜装置206的操作使照相机205移动之后重新拍摄的图像的实例。如果重新拍摄的图像的色饱和度的梯度落在图5A示出的标准图像的色饱和度阈值内，那么主控制部分201执行用于确定液位的程序。

具体地，当主控制部分201确定重新拍摄的图像的色饱和度的梯度落在图5A示出的标准图像的色饱和度阈值内时，主控制部分201通过根据照相机205所拍摄的图像而产生基于每一个像素的色饱和度的数字化图像，以识别液体的表面。参照图5C进行详细描述，主控制部分201通过参照图5C示出的图像，而产生基于色饱和度的每一个像素的数字化图像。然后，在探测沿Y轴的色饱和度的梯度的同时，主控制部分201将与色饱和度的梯度超过预定阈值的像素对应的部分识别为液体的表面501。

因此，主控制部分201通过参照图5C示出的图像，根据基于色饱和度的数字化图像来识别刻在量杆101上的数字。具体地，主控制部分201将包含具有一定范围的值的连续数字的部分与数字化图像分开。根据图5C，主控制部分201将数字007、008和009作为包含具有一定范围的值的连续数字的部分分开。将与数字化图像分开的例如007、008和009的数字与预先存储在主控制部分201中的数字字体数据进行比较。如以上所简要描述的，刻在量杆101上的数字具有特定的字体，其中准备该特定的字体，而使其对应于存储在主控制部分201中的数字字体。因此，主控制部分201可根据预先存储的数字字体识别与数字化图像分开的数字。当由数字化图像来识别数字时，主控制部分201确定所识别的数字中的最小值。在图5C示出的图像中，最小值将为007。

因此，主控制部分201识别007底部上的边界线502，其中007为对应于来自图5C所示的基于色饱和度的数字化图像中的最小值的数字。边界线502的识别以与上述用于液体的表面501的识别相同的方式进行。在识别对应于最小值的数字底部的边界线502之后，对边界线502和所识别的液体的表面501之间的像素的数量进行计算。同样，也对位于所识别的数字间的边界线之间的像素的数量进行计算。在这种情况下，由于图像的失真，所以优选计算最小值007的顶部和底部的边界线之间的像素的数量。在如上所述地识别了像素的数量之后，通过将边界线502和液体的表面501间的像素的数量与数字间的边界线之间的像素的数量进行比较，计算出从边界线502到液体的表面501的距离。例如，如果假设量杆101的边界线之间的距离为10cm，数字的顶部和底部的边界线之间所计算的像素的数量为100，且边界线502和液体的表面501之间的像素的数量为40，那么从边界线502到液体的表面501的距离被确定为4cm。

在根据数字化图像计算最小值及从该最小值底部的边界线到液位的距离之后，主控制部分201通过从最小值中减去边界线和液面之间的距离，而根据照相机所拍摄的图像来确定液位。例如，在图5C的情况下，可通过从表示70cm的最小值7中减去边界线和液面间的距离4cm而计算出液位为66cm。

此外，包含在照相机205所拍摄的图像中的量杆101的数字优选应为至少3个连续的数字。在拍摄的和主控制部分201所识别的数字的数量少于3时，主控制部分201通过触发信号控制模块202来控制透镜控制模块208以使得拍摄的量杆101上的数字的数量能够至少大于3。因此，主控制部分201可使照相机在量杆101上拍摄3个以上的数字。如果根据由拍摄的图像产生的数字化图像而识别的数字并非至少3个连续的数字，主控制部分201则确定出现了误差并通过触发信号控制模块202而向图像抓取器203传输重新触发信号。

此外，因为量杆101刻有如上所述的辅助刻度以及主要刻度的数字，所以也可能通过肉眼从照相机205所拍摄的图像中读出液位。

在这种情况下，液位识别部分103通过传输装置204向中央监控装置104传输通过上述的程序获得的液位数据及由照相机205拍摄的图像。在此，为了在无误差地测量液位时验证用于测量液位的系统的精确性，中央监控装置104将拍摄的图像和从用于测量液位的系统传输的测得的液位数据进行比较。

举例来说，根据本发明的实施方式的用于通过图像来测量液位的系统可适用于测量液体储罐中的液位、水坝的水位以及河流的水位。

此外，可以用灰度级来代替上述的色饱和度，并且可以用基于具体阈值而产生的二进制图像来代替基于色饱和度的数字化图像。

在下文中，将根据本发明的实施方式对用于通过图像来测量液位的方法进行描述。

图6是根据本发明的实施方式的用于通过图像来测量液位的方法的流程图。

如图6所示，根据本发明的实施方式的用于通过图像来测量液位的方法包括：步骤S100，在待测液体中安装量杆；步骤S200，利用远离安装有量杆的液面的邻近处而定位的照相机，通过对安装有量杆的液面的邻近处进行拍摄而获取图像；以及步骤S300，根据所获取的图像确定待测液体的液位。

在下文中，将对每个步骤进行详细描述。

图7是示出用于图6中示出的获取图像的步骤S200的指定步骤的流程图。

如图7所示，获取图像的步骤包括：步骤S201，拍摄邻近处；以及步骤S202，确定在步骤S201中获取的图像的色饱和度的梯度，并将所确定的色饱和度的梯度与预定的第一阈值进行比较。在这里，步骤S202中的预定的第一阈值可根据图5A中示出的标准图像来设置。如果在步骤S202中确定色饱和度的梯度未超过预定的第一阈值，则步骤S202转到使照相机倾斜的步骤S203，然后步骤S202流向步骤S201，以利用照相机对安装有量杆的液面的邻近处进行拍摄。如果在步骤S202中确定所拍摄图像的色饱和度的梯度超过预定的第一阈值，则步骤S202转到步骤S204，以确定所拍摄的邻近处包含量杆接触液体的液面的邻近处。然后步骤S204流向图6中示出的步骤S300以确定液位。

图8是示出用于图6中示出的确定液位的步骤的具体步骤的流程图。

如图8所示，确定液位的步骤S300始于步骤S301，在步骤S301中，通过识别来自于在步骤S200中获取的图像的基于色饱和度的数字化图像，而识别液面。详细地，步骤S301根据基于色饱和度的数字化图像设置第二阈值，以将超过第二阈值的部分识别为液面。在该步骤中，可利用图5A中示出的标准图像来设置第二阈值。

在步骤S302中，对刻在获取的图像中的量杆上的数字进行识别并确定最小值，其中所述获取的图像来自于步骤S301中的基于色饱和度的数字化图像。特别地，在步骤S302中，将包含具有一定范围的值的连续数字的部分与基于色饱和度的数字化图像分开，并且将该连续数字的字体与预先存储的字体数据进行比较。这样，将数字进行识别并确定所识别的数字的最小值。

在步骤S302中通过识别数字而确定最小值之后，在步骤S303中计算从所识别的最小值到液面的距离。具体地，在步骤S303中，从所识别的最小值到液面的距离，是通过将在步骤S301中识别的液面和对应于在步骤S302中确定的最小值的数字之间的像素的数量、与量杆上的相邻数字间的像素的数量进行比较而计算出的。

此外，在步骤S304中确定待测的液体的液位。具体地，液位是通过从在步骤S302中确定的最小值中减去在步骤S303中计算的距离而确定的。

图6中示出的获取图像的步骤S200包括拍摄量杆上的至少3个连续的数字的步骤。图8中示出的识别数字并确定最小值的步骤S302优选包括这样的步骤，即如果从基于色饱和度的数字化图像中识别的数字并非至少3个连续数字(被确定为错误的情况)，则返回至图6所示的获取图像的步骤S200。然而，这些步骤对于探测在液位测量程序的过程中可能预先出现的误差是必要的。

此外，图6中示出的获取图像的步骤S200可包括转换照明装置开/关的步骤。这是为了在亮度过低时保持色饱和度的适当级别。

此外，根据本发明的实施方式的用于通过图像来测量液位的方法还可包括这样的步骤，即将在步骤S200中获取的图像以及在步骤S304中确定的液位传输至在远处定位的中央监控装置。这是为了能够使中央监控装置验证依照根据本发明的实施方式的用于通过图像来测量液位的方法测量的液位的精确性。也就是说，中央监控装置将通过该程序由以肉眼观察图像所测量的液位与实际测量的数据进行比较，进而检测根据本发明的实施方式的用于通过图像来测量液位的方法的误差。

虽然示出和描述了本发明的一些实施方式，但是到目前为止所描述的优选实施方式应理解为实施例。也就是说，本领域的技术人员将会理解的是，可对本发明在这些方面做出各种改变，而不偏离其精神和范围，本发明的范围由所附的权利要求及其等同方式来限定。

Claims (23)

1.一种用于通过图像来测量液位的系统，其特征在于包括：

安装在液体中的量杆；

图像获取部分，其远离安装所述量杆的位置设置，并且通过对安装有所述量杆的液面的邻近处进行拍摄而获取图像；以及

液位识别部分，其控制所述图像获取部分以获取所述图像，其中所述液位识别部分通过接收由所述图像获取部分获取的所述图像而确定所述液位。

2.如权利要求1所述的用于通过图像来测量液位的系统，其特征在于：

所述图像获取部分包括：

照相机，其对安装有所述量杆的液面的所述邻近处进行拍摄；以及

风机式倾斜装置，其使所述照相机竖直和水平地转动；并且

所述液位识别部分包括：

图像抓取器，其接收由所述照相机拍摄的图像；

主控制部分，其通过从所述图像抓取器接收所述拍摄的图像而确定所述液位；以及

触发信号控制模块，其根据所述主控制部分的控制向所述照相机提供触发信号并向所述风机式倾斜装置提供倾斜信号。

3.如权利要求2所述的用于通过图像来测量液位的系统，其特征在于：

所述主控制部分通过从所述图像抓取器接收由所述照相机拍摄的图像信号而确定所述拍摄的图像的色饱和度的梯度，

所述主控制部分将所述色饱和度的梯度与所述色饱和度的梯度的预定的第一阈值进行比较，以及

如果所述拍摄的图像的所述色饱和度的梯度小于所述第一阈值，那么所述主控制部分通过所述触发信号控制模块控制所述风机式倾斜装置而转动所述照相机并再次向所述照相机提供所述触发信号。

4.如权利要求2所述的用于通过图像来测量液位的系统，其特征在于：

所述主控制部分通过从所述图像抓取器接收由所述照相机拍摄的所述图像而识别液面，并根据所述图像产生基于所述色饱和度的数字化图像，

所述主控制部分根据所述数字化图像识别刻在所述量杆上的数字，并确定所识别的数字中的最小数字，

所述主控制部分通过识别所述液面和与所述最小数字对应的数字之间的垂直距离的像素的数量，计算从根据所述数字化图像确定的所述最小数字到所述液面的距离，以及

所述主控制部分通过从所述最小数字中减去所述计算出的距离而确定所述液位。

5.如权利要求4所述的用于通过图像来测量液位的系统，其特征在于：

所述主控制部分将基于所述色饱和度的所述数字化图像与预定的第二阈值进行比较，并将超过所述第二阈值的边界部分识别为所述液面。

6.如权利要求4所述的用于通过图像来测量液位的系统，所述主控制部分将包含连续数字的部分与所述数字化图像分开，并通过将所述连续数字的字体与预先存储的字体数据进行比较而识别数字，其中所述连续数字具有一定范围的值。

7.如权利要求4所述的用于通过图像来测量液位的系统，其特征在于：

所述主控制部分通过将根据所述数字化图像识别的所述液面和对应于所述最小数字的所述数字之间的所述垂直距离的像素的数量，与所述量杆上的相邻数字间的像素的数量进行比较，从而计算从所述最小数字到所述液面的距离。

8.如权利要求4所述的用于通过图像来测量液位的系统，其特征在于：

所述主控制部分通过控制所述触发信号控制模块来控制所述照相机拍摄至少三个连续数字，以及

在根据所述数字化图像而识别的数字并非至少三个连续数字时，所述主控制部分识别为出现错误，并通过所述触发信号控制模块来控制所述照相机进行再次拍摄。

9.如权利要求4所述的用于通过图像来测量液位的系统，其特征在于：

所述图像获取部分还包括照明装置，所述照明装置由所述触发信号控制模块控制，

其中当从所述图像抓取器接收的所述图像的所述色饱和度低于预定的标准值时，所述主控制部分控制所述触发信号控制模块来触发所述照明装置并向所述照相机发送重新触发信号。

10.如权利要求1至5中任意一项所述的用于通过图像来测量液位的系统，其特征在于：

所述量杆形成有指示水位的辅助刻度和数字，以使得能够通过以肉眼观察由所述照相机拍摄的所述图像来测量所述液位。

11.如权利要求1至5中任意一项所述的用于通过图像来测量液位的系统，其特征在于：

所述液位识别部分还包括由所述主控制部分控制的传输装置，

其中所述传输装置根据所述主控制部分的控制，向在远处定位的中央控制部分传输由所述照相机拍摄的所述图像和由所述主控制部分确定的所述液位。

12.如权利要求1至8中任意一项所述的用于通过图像来测量液位的系统，其特征在于：

所述液位为液体储罐中的液位、水坝的水位以及河流的水位之一。

13.一种用于通过图像来测量液位的方法，包括：

第一步骤，在液体中安装量杆；

第二步骤，通过利用远离安装量杆的位置而设置的照相机，对安装有所述量杆的液面的邻近处进行拍摄而获取图像；以及

第三步骤，根据所获取的图像来确定液位。

14.如权利要求13所述的用于通过图像来测量液位的方法，其特征在于，所述第二步骤包括如下步骤：

利用所述照相机对安装有所述量杆的液面的所述邻近处进行拍摄；

确定所述邻近处的所述拍摄的图像的色饱和度的梯度，并将所述确定的色饱和度的梯度与所述色饱和度的梯度的预定的第一阈值进行比较；

如果在所述比较步骤中确定所述邻近处的所述拍摄的图像的所述色饱和度的梯度小于所述第一阈值，则使所述照相机倾斜并进行再次拍摄；以及

如果在所述比较步骤中确定所述邻近处的所述拍摄的图像的所述色饱和度的梯度大于所述第一阈值，则确定所述拍摄的图像包含所述量杆接触所述液体的液面的所述邻近处。

15.如权利要求13所述的用于通过图像来测量液位的方法，其特征在于，所述第三步骤包括：

第四步骤，通过根据在所述第二步骤中获取的所述图像产生基于所述色饱和度的数字化图像而识别液面；

第五步骤，根据所述数字化图像识别刻在所述量杆上的数字，并确定所识别的数字中的最小数字；

第六步骤，通过识别所述液面与对应于所述最小数字的数字之间的垂直距离的像素的数量，计算从根据所述数字化图像确定的所述最小数字到所述液面的距离；以及

第七步骤，通过从在所述第五步骤中确定的所述最小数字中减去在所述第六步骤中计算的所述距离，确定所述液位。

16.如权利要求15所述的用于通过图像来测量液位的方法，其特征在于：

所述第四步骤包括以下步骤：根据基于所述色饱和度的所述数字化图像来设置第二阈值，并将超过所述第二阈值的边界部分识别为所述液面。

17.如权利要求15所述的用于通过图像来测量液位的方法，其特征在于：

所述第五步骤包括以下步骤：将包含连续数字的部分与基于所述色饱和度的所述数字化图像分开，并通过将所述连续数字的字体与预先存储的字体数据进行比较而识别数字，其中所述连续数字具有一定范围的值。

18.如权利要求15所述的用于通过图像来测量液位的方法，其特征在于：

所述第六步骤包括以下步骤：通过将在所述第四步骤中识别的所述液面和对应于在所述第五步骤中确定的所述最小数字的所述数字之间的像素的数量，与所述量杆上的相邻数字间的像素的数量进行比较，计算从所述最小数字到所述液面的距离。

19.如权利要求17所述的用于通过图像来测量液位的方法，其特征在于：

所述第二步骤包括以下步骤：拍摄所述量杆上的至少三个连续数字；以及

所述第五步骤包括以下步骤：在根据所述数字化图像而识别的所述数字并非至少三个连续数字的错误情况下返回至所述第二步骤。

20.如权利要求14所述的用于通过图像来测量液位的方法，其特征在于：

所述第二步骤包括考虑到亮度而转换照明装置开/关的步骤。

21.如权利要求13至15中任意一项所述的用于通过图像来测量液位的方法，其特征在于：

所述量杆在所述数字之间形成有指示水位的数字和辅助刻度，以使得能够通过以肉眼观察由所述照相机拍摄的所述图像来测量所述液位。

22.如权利要求14或15所述的用于通过图像来测量液位的方法，还包括：

第八步骤，向在远处定位的中央控制部分传输在所述第二步骤中获取的所述图像和在所述第七步骤中确定的所述液位。

23.如权利要求13至21中任意一项所述的用于通过图像来测量液位的方法，其特征在于：

所述液位为液体储罐中的液位、水坝的水位以及河流的水位之一。

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