CN108444574B - 一种利用图像分析技术测量液位的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用图像分析技术测量液位的装置，包括暗箱(1)、背景板(2)、螺旋连通管(3)和摄像机(4)，背景板(2)、螺旋连通管(3)和摄像机(4)均设置在暗箱(1)中，背景板(2)设置在螺旋连通管(3)的下方，摄像机(4)设置在螺旋连通管(3)的上方，螺旋连通管(3)内设置有浮球(5)，螺旋连通管(3)为透明管。本发明的利用图像分析技术测量液位的装置，将读数点从液面变为浮球投影的圆心，使得读取液位数据更加准确。传统测量液位的方法有把液位数据转化为其它物理量的过程，从而会损失测量精度，本发明测量液位是直接读取浮球的位移数据，能够保证测量数据的高精度。

Description

一种利用图像分析技术测量液位的装置
技术领域
本发明涉及一种利用图像分析技术测量液位的装置。
背景技术
液位是实验、工程以及工业活动中最为重要和常见的测量参数之一。液位测量主要指的是气—液、液—液、液—固分界面位置测量技术，其广泛应用于各大行业的液体存储设备中。传统的液位测量方法按照原理分可以分为三大类：基于力学原理的浮力式和静压式等；基于相对变化原理的声学式和光学式等；基于某强度性物理量随液位升高而增加原理的电阻式和电容式等。传统的液位测量会受到液体浓度，温度变化以及环境的限制等因素的影响，导致仪器的分辨率不高，而且测得的液位数据的精度较低。现有的线阵CCD技术测量液位虽然分辨率和精度都很高，但是所用的设备为精密制造的仪器，造价也相对较高。
因此，针对上述问题提出一种利用图像分析技术测量液位的装置。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种利用图像分析技术测量液位的装置。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种利用图像分析技术测量液位的装置，包括暗箱(1)、背景板(2)、螺旋连通管(3)和摄像机(4)，所述背景板(2)、螺旋连通管(3)和摄像机(4)均设置在所述暗箱(1)中，所述背景板(2)设置在所述螺旋连通管(3)的下方，所述摄像机(4)设置在所述螺旋连通管(3)的上方，所述螺旋连通管(3)内设置有浮球(5)，所述螺旋连通管(3)为透明管。
更进一步的，所述背景板(2)为圆形板。
更进一步的，所述背景板(2)为漫射光板。漫射光板方便提供摄像机采样图像所需的逆光。
更进一步的，所述背景板(2)竖直投影的直径大于所述螺旋连通管(3)竖直投影的最大直径。
更进一步的，所述暗箱内表面设置有漫反射层。
更进一步的，所述浮球(5)的表面设置有超疏水层。其中，超疏水层为超疏水材料。目前，我们定义超疏水材料表面稳定接触角要大于150°，滚动接触角小于10°。超疏水层用以保证其吃水深度维持不变并作为稳定准确的读数工具。
更进一步的，所述浮球(5)为非透光球。
更进一步的，所述摄像机(4)和背景板(2)分别位于所述螺旋连通管(3)的正上方和正下方。方便进行标定和液位数据测量。
有益效果：本发明的利用图像分析技术测量液位的装置，将读数点从液面变为浮球投影的圆心，使得读取液位数据更加准确。传统测量液位的方法有把液位数据转化为其它物理量的过程，从而会损失测量精度，本发明测量液位是直接读取浮球的位移数据，能够保证测量数据的高精度。
本发明还公开了一种利用图像分析技术测量液位的方法，采用如上所述利用图像分析技术测量液位的装置，包括以下步骤：
1)、首先，对所述螺旋连通管(3)进行标定；
2)、其次，将所述螺旋连通管(3)下端连通待测液体容器，待系统稳定后，利用所述摄像机(4)拍摄采集螺旋连通管(3)和浮球(5)的投影图；
3)、最后，根据步骤2)得到的投影图确定浮球(5)投影的圆心的位置，从而确定液位测量数据。
有益效果：本发明利用图像分析技术测量液位的方法直接读取浮球的位移数据，能够保证测量数据的高精度。传统测量液位的方法有把液位数据转化为其它物理量的过程，从而会损失测量精度。
附图说明
图1利用图像分析技术测量液位的装置结构图；
图2摄像机采集到带有浮球位置信息的图片示意图；
图3浮球运动分解原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-3所示，本发明的利用图像分析技术测量液位的装置，包括暗箱1、背景板2、螺旋连通管3和摄像机4，背景板2、螺旋连通管3和摄像机4均设置在暗箱1中，背景板2设置在螺旋连通管3的下方，摄像机4设置在螺旋连通管3的上方，螺旋连通管3内设置有浮球5，螺旋连通管3为透明管。其中，背景板2为圆形板。背景板2为漫射光板。漫射光板方便提供摄像机采样图像所需的逆光。优选的，背景板2竖直投影的直径大于螺旋连通管3竖直投影的最大直径。暗箱内表面设置有漫反射层。
其中，浮球5的表面设置有超疏水层。其中，超疏水层为超疏水材料。目前，我们定义超疏水材料表面稳定接触角要大于150°，滚动接触角小于10°。超疏水层用以保证其吃水深度维持不变并作为稳定准确的读数工具。浮球5为非透光球。
优选的，摄像机4和背景板2分别位于螺旋连通管3的正上方和正下方。方便进行标定和液位数据测量。
本发明的利用图像分析技术测量液位的装置，将读数点从液面变为浮球投影的圆心，使得读取液位数据更加准确。传统测量液位的方法有把液位数据转化为其它物理量的过程，从而会损失测量精度，本发明测量液位是直接读取浮球的位移数据，能够保证测量数据的高精度。
本发明还公开了利用图像分析技术测量液位的方法，采用如上利用图像分析技术测量液位的装置，包括以下步骤：
1)、首先，对螺旋连通管3进行标定；
2)、其次，将螺旋连通管3下端连通待测液体容器，待系统稳定后，利用摄像机(4)拍摄采集螺旋连通管3和浮球5的图片；
3)、最后，根据步骤2)得到的图片确定浮球5投影的圆心的位置，从而确定液位测量数据。
本发明利用图像分析技术测量液位的方法直接读取浮球的位移数据，能够保证测量数据的高精度。传统测量液位的方法有把液位数据转化为其它物理量的过程，从而会损失测量精度。
实施例1
请参阅图1所示，利用图像分析技术测量液位的装置包括暗箱1、背景板2、螺旋连通管3、摄像机4。暗箱1是一个圆筒形的仪器盒，可以提供一个遮尘、透气但不透光的暗室，其内表面为漫反射材质。背景板2为圆盘形，也为漫射光板，设置在螺旋连通管3的正下方，背景板2竖直投影的直径要大于螺旋连通管3竖直投影的最大直径。背景板2提供摄像机4采样图像所需的逆光。螺旋连通管3做完标定实验后，下端接口连接待测液体容器，待整体系统稳定后，摄像机4运行采集浮球5信息图片，并将图片传输到计算机中，用计算机软件读取图片，提取灰度值，确定浮球5投影的圆心点位置，从而读取实时的液位测量数据，摄像机采集到带有浮球位置信息的图片如图2所示。
本发明的利用图像分析技术测量液位的测量方法包括：由暗箱，螺旋连通管，背景板和摄像机构成了整个测量装置。在液位测量之前要做好标定实验，将螺旋连通管连接标定所用的液体容器，根据静力学原理，容器中不同的液位高度对应螺旋连通管中的不同液面位置，在液位螺旋连通管内有位置随着液面高度变化的浮球。摄像机拍摄的图片是螺旋连通管的竖直投影图，其中浮球的投影是与周围环境的颜色是不同的，经过滤镜处理后用计算机软件对其进行图片读取，并提取灰度值，确定出浮球投影的圆心点位置，将圆心点的初始位置作为刻度读数点，在标定实验中对圆心点走过的路径进行刻度划分。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种利用图像分析技术测量液位的方法，其特征在于，采用利用图像分析技术测量液位的装置，该装置包括暗箱（1）、背景板（2）、螺旋连通管（3）和摄像机（4），所述背景板（2）、螺旋连通管（3）和摄像机（4）均设置在所述暗箱（1）中，所述背景板（2）设置在所述螺旋连通管（3）的下方，所述摄像机（4）设置在所述螺旋连通管（3）的上方，所述螺旋连通管（3）内设置有浮球（5），所述螺旋连通管（3）为透明管；所述背景板（2）为圆形板；所述背景板（2）为漫射光板；所述背景板（2）竖直投影的直径大于所述螺旋连通管（3）竖直投影的最大直径；所述暗箱（1）内表面设置有漫反射层；所述浮球（5）的表面设置有超疏水层；所述浮球（5）为非透光球；所述摄像机（4）和背景板（2）分别位于所述螺旋连通管（3）的正上方和正下方，所述螺旋连通管（3）为上端直径小下端直径大且竖直投影不存在重叠部分的圆锥形螺旋连通管；
该方法包括以下步骤：
1）、首先，对所述螺旋连通管（3）进行标定；
2）、其次，将所述螺旋连通管（3）下端连通待测液体容器，待系统稳定后，利用所述摄像机（4）拍摄采集螺旋连通管（3）和浮球（5）的投影图；
3）、最后，根据步骤2）得到的投影图确定浮球（5）投影的圆心的位置，从而确定液位测量数据。
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