CN108534860A - 一种基于图像分析的重锤料位检测系统及检测方法 - Google Patents

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周金菲
姚海露
米诗晗
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Abstract

本发明提供一种基于图像分析的重锤料位检测系统和检测方法，包括控制模块、摄像头、信息采集模块、无线通信模块、用户、重锤和缆线滚轮组件；所述重锤置于所述料仓内、并通过电机与控制模块相连，所述摄像头置于料仓壁的上方，用于拍摄料仓内重锤移动的图像，图像经由信息采集模块发送给控制模块，所述控制模块对接收到的图像帧进行计算处理，得到料位值后通过无线通信模块传输给用户。具有集成度高、控制部件少、成本低、工作可靠、易于使用和维护等优点，克服了传统的重锤料位测量装置维护成本高的缺点，避免了超声波料位测量装置对粉尘敏感的缺点，同时能实现装置的自维护，因此在电厂、化工等过程控制工业中具有广泛应用前景。

Description

一种基于图像分析的重锤料位检测系统及检测方法
技术领域
本发明涉及一种基于图像分析的重锤料位检测系统及检测方法，属于机器视觉技术领域。
背景技术
料位在过程自动化生产过程中是一个非常重要的过程参数。针对料位的连续监测有很多方式，常见的有雷达料位计，超声波料位计，重锤料位计等。其中，重锤料位计是应用较早的一类机械类接触式检测仪表，在料位测量应用中不受粉尘、水汽、温度、料仓结构、物料性质等因素的影响，在料仓长距离料位连续测量中得到广泛应用。
但是传统的重锤料位检测由于机械结构复杂，产品在长期的现场运转过程中存在稳定性和可靠性的维护问题，如限位开关失效、重锤被胚料掩埋、断绳等故障经常出现，增加了现场人工维护的负担，甚至中断正常的生产过程，造成生产事故。为了有效解决这一系列问题，我们提出一种基于无线通信的利用图像检测重锤料位的方法，在传统料位检测的基础上增加了机器视觉检测技术，一方面通过分析图像中重锤相对于固定参考点的像素点变化对料位值进行估计，并通过无线网络将料位值发送给控制中心；另一方面，通过图像还能分析系统是否处于正常运行状态，一旦检测到异常立即发送报警信息和监控图像给特定用户，实现料位检测装置的日常自检维护。
发明内容
发明为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供了一种基于图像分析的重锤料位检测系统及检测方法。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于图像分析的重锤料位检测系统，包括控制模块、摄像头、无线通信模块、重锤和缆线滚轮组件；所述重锤置于所述料仓内、并通过电机与控制模块相连，所述摄像头置于料仓壁的上方，用于拍摄料仓内重锤移动的图像，图像经由信息采集模块发送给控制模块，所述控制模块对接收到的图像帧进行计算处理，得到料位值后通过无线通信模块传输给用户。
进一步，料仓的边缘处设有若干个红外LED灯，所述重锤上设有一个红外LED灯，所述摄像头为红外摄像头。
进一步，还包括报警模块，所述报警模块与所述控制模块相连。
进一步，所述报警模块包括本地报警，所述本地报警包括声音和灯光控制电路，所述声音和灯光控制电路与所述控制模块相连。
进一步，所述报警模块还包括远程报警，所述远程报警用于在系统被报警模块触发时，将料位值和图像帧通过无线通信模块发送给远程用户。
本发明还提供了采用上述基于图像分析的重锤料位检测系统对重锤料位进行检测的方法，包括以下步骤：
a.摄像头拍摄料仓内重锤移动的图像，然后经由信息采集模块发送给控制模块；
b.控制模块将接收到的图像帧进行分析处理，计算得到料位高度h，设定重锤料位高度h记为重锤实际位置距离料仓顶平面的距离，料位高度h计算方法如下：
选取两个固定参照物，参照物的位置分别记为D1点和D2点，其中，D2点位于料仓壁沿上，重锤所在位置记为D3，通过测量得到D1和D2之间距离，过重锤的垂线与料仓顶所在平面的交点距离D2之间的距离为r，在图形帧上对应上述三点的位置分别为D1’点,D2’点和D3’点，则得到：
D1D2/D2D3＝D1’D2’/D2’D3’
c.控制模块将计算得到的重锤料位高度h通过无线通信模块发送给用户，在用户的显示屏上显示。
进一步，若控制模块计算出的重锤料位高度h出现异常，或者重锤脱落或消失，则出发本地报警和远程报警；即控制模块通过声音和灯光控制电路控制闪烁灯和蜂鸣器发出灯光和声音警报，为本地报警；同时，控制模块通过无线通信模块将料位值和图像帧发送给远程用户，为远程报警。
进一步，重锤料位高度h出现异常的情况如下：
一，料位高度大于阈值，则说明重锤脱落；
二，料位高度变化大于阈值，则说是缆绳失控；
三，料位高度变化小于阈值，则说明缆绳卡死；
四，图像上重锤消失，则说明料位检测系统异常。
发明所达到的有益技术效果：本发明提供的一种基于图像分析的重锤料位检测系统及检测方法，具有集成度高、控制部件少、成本低、工作可靠、易于使用和维护等优点，克服了传统重锤料位测量装置维护成本高的缺点，避免了超声波等方法对粉尘敏感的缺点，实现装置的自维护，因此在电厂、化工等过程控制工业中具有广泛应用前景。
附图说明
图1本发明之重锤料位检测系统的组成框图；
图2本发明之声音和灯光控制电路图；
图3本发明之检测方法流程示意图；
图4本发明之重锤料位高度计算示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
下面结合附图和实施例对发明专利进一步说明。
如图1所示，本发明提供一种基于图像分析的重锤料位检测系统，包括控制模块、摄像头、信息采集模块、无线通信模块、用户、重锤和缆线滚轮组件；所述重锤置于所述料仓内、并通过电机与控制模块相连，所述摄像头置于料仓壁的上方，用于拍摄料仓内重锤移动的图像，图像经由信息采集模块发送给控制模块，所述控制模块对接收到的图像帧进行计算处理，得到料位值后通过无线通信模块传输给用户。
料仓的边缘处设有若干个红外LED灯，所述重锤上设有一个红外LED灯，所述摄像头为红外摄像头，可以在没有光线或光线条件极差的条件下进行料位检测，大大降低了车间灰尘环境对图像检测的影响，可以适应工厂车间灰尘大的恶劣现场环境。
还包括报警模块，所述报警模块与所述控制模块相连；所述报警模块包括本地报警，所述本地报警包括如图2所示的声音和灯光控制电路，所述声音和灯光控制电路与所述控制模块相连；所述报警模块还包括远程报警，所述远程报警用于在系统被报警模块触发时，将料位值和图像帧通过无线通信模块发送给远程用户。
如图3所示，本发明还提供一种采用上述重锤料位检测系统对重锤料位进行检测的方法，包括以下步骤：
a.摄像头拍摄料仓内重锤移动的图像，然后经由信息采集模块发送给控制模块；
b.控制模块将接收到的图像帧进行分析处理，计算得到料位高度h，设定重锤料位高度h记为重锤实际位置距离料仓顶平面的距离，料位高度h计算方法如下：
如图4所示，选取两个固定参照物，参照物的位置分别记为D1点和D2点，其中，D2点位于料仓壁沿上，重锤所在位置记为D3，通过测量得到D1和D2之间距离，过重锤的垂线与料仓顶所在平面的交点距离D2之间的距离为r，在图形帧上对应上述三点的位置分别为D1’点,D2’点和D3’点，则得到：
D1D2/D2D3＝D1’D2’/D2’D3’
c.控制模块将计算得到的重锤料位高度h通过无线通信模块发送给用户，在用户显示屏上显示。
若控制模块计算出的重锤料位高度h大于阈值，或者重锤脱落或消失，则出发本地报警和远程报警；即控制模块通过声音和灯光控制电路控制闪烁灯和蜂鸣器发出灯光和声音警报，为本地报警；同时，控制模块通过无线通信模块将料位值和图像帧发送给远程用户，为远程报警。重锤料位高度h出现异常的情况如下：
一，料位高度大于阈值，则说明重锤脱落；
二，料位高度变化大于阈值，则说是缆绳失控；
三，料位高度变化小于阈值，则说明缆绳卡死；
四，图像上重锤消失，则说明料位检测系统异常。
以上已以较佳实施例公布了发明，然其并非用以限制发明，凡采取等同替换或等效变换的方案所获得的技术方案，均落在发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于图像分析的重锤料位检测系统，其特征在于：包括控制模块、摄像头、无线通信模块、重锤和缆线滚轮组件；所述重锤置于所述料仓内、并通过电机与控制模块相连，所述摄像头置于料仓壁的上方，用于拍摄料仓内重锤移动的图像，图像经由信息采集模块发送给控制模块，所述控制模块对接收到的图像帧进行计算处理，得到料位值后通过无线通信模块传输给用户。
2.根据权利要求1所述的基于图像分析的重锤料位检测系统，其特征在于：料仓的边缘处设有若干个红外LED灯，所述重锤上设有一个红外LED灯，所述摄像头为红外摄像头。
3.根据权利要求1所述的基于图像分析的重锤料位检测系统，其特征在于：还包括报警模块，所述报警模块与所述控制模块相连。
4.根据权利要求3所述的基于图像分析的重锤料位检测系统，其特征在于：所述报警模块包括本地报警，所述本地报警包括声音和灯光控制电路，所述声音和灯光控制电路与所述控制模块相连。
5.根据权利要求3所述的基于图像分析的重锤料位检测系统，其特征在于：所述报警模块还包括远程报警，所述远程报警用于在系统被报警模块触发时，将料位值和图像帧通过无线通信模块发送给远程用户。
6.采用权利要求1-5任一项所述的基于图像分析的重锤料位检测系统对重锤料位进行检测的方法，其特征在于：
a.摄像头拍摄料仓内重锤移动的图像，然后经由信息采集模块发送给控制模块；
b.控制模块将接收到的图像帧进行分析处理，计算得到料位高度h，设定重锤料位高度h记为重锤实际位置距离料仓顶平面的距离，料位高度h计算方法如下：
选取两个固定参照物，参照物的位置分别记为D1点和D2点，其中，D2点位于料仓壁沿上，重锤所在位置记为D3，通过测量得到D1和D2之间距离，过重锤的垂线与料仓顶所在平面的交点距离D2之间的距离为r，在图形帧上对应上述三点的位置分别为D1’点,D2’点和D3’点，则得到：
D1D2/D2D3＝D1’D2’/D2’D3’
D1’D2’和D2’D3’的值通过解析图像帧的像素值得到，D1D2距离已知，通过计算可以得到D2D3距离，进而计算得到重锤料位高度
c.控制模块将计算得到的重锤料位高度h通过无线通信模块发送给用户，在用户的显示屏上显示。
7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征在于：若控制模块计算出的重锤料位高度h出现异常，或者重锤脱落或消失，则出发本地报警和远程报警；即控制模块通过声音和灯光控制电路控制闪烁灯和蜂鸣器发出灯光和声音警报，为本地报警；同时，控制模块通过无线通信模块将料位值和图像帧发送给远程用户，为远程报警。
8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于：重锤料位高度h出现异常的情况如下：
一，料位高度大于阈值，则说明重锤脱落；
二，料位高度变化大于阈值，则说是缆绳失控；
三，料位高度变化小于阈值，则说明缆绳卡死；
四，图像上重锤消失，则说明料位检测系统异常。
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