CN109612550A - 一种基于机器视觉的新型智能液位测量仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于机器视觉的新型智能液位测量仪，包括工业液位计、CMOS摄像模组和PC客户端，CMOS摄像模组采集工业液位计的液位图像，CMOS摄像模组通过本地网络分别连接互联网网关和数据服务器，互联网网关连接云服务器，PC客户端接入本地网络，CMOS摄像模组连接PLC，PLC连接DCS控制系统，本发明解决了传统超声波等物理技术测量液位的可靠性差、精度低、无可视性、组网能力差等固有缺陷；解决了采用PC技术测量液位的系统庞大繁复、实时性差、集成度低、安装难度大、经济性差、可靠性低等固有缺陷；此外，本发明采用基于IP协议的系统架构设计，颠覆了传统液位测量仪表的配置、管理、数据存储和历史查阅方式，加入了符合IT特征的全新管理和配置方式。
Description
技术领域
本发明涉及液位测量技术领域，具体为一种基于机器视觉的新型智能液位测量仪。
背景技术
高速发展的嵌入式微处理器技术，为低成本、高效能、高可靠性提供了基本保障；先进的图像处理技术、人工智能技术的迅速发展，为高可靠性的软件算法提供了算法和测量精度的技术保障；基于IP的网络架构发展迅速，为物联网提供了基础条件，万物互联正在向我们走来，引入IT技术，为测量仪表的组网能力和扩展能力提供了根本保障和应用条件。
现有技术中采用传统超声波等物理技术测量液位，主要依赖于进口，成本高、可维护性差；基于PC的图像处理技术测量液位，主要集中在一些高校的课题中，应用面窄、架构庞大而且复杂、可靠性低、实时性差、集成度低、安装难度大、经济性差。很难商业化，进行大规模的商业应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于机器视觉的新型智能液位测量仪，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于机器视觉的新型智能液位测量仪, 包括工业液位计、CMOS摄像模组和PC客户端，所述CMOS摄像模组采集工业液位计的液位图像，所述CMOS摄像模组通过本地网络分别连接互联网网关和数据服务器，所述互联网网关连接云服务器，所述PC客户端接入本地网络，所述CMOS摄像模组连接PLC，所述PLC连接DCS控制系统。
优选的，所述CMOS摄像模组包括微处理器、ROM存储器、RAM存储器、网络控制器、固态硬盘和图像传感器，所述微处理器分别连接、ROM存储器、RAM存储器、网络控制器、固态硬盘和图像传感器，所述微处理器还连接RS485收发器和4-20mA模拟量接口，所述微处理器采用RAM处理器。
优选的，所述数据服务器采用NVR或网络录像机。
优选的，所述工业液位计上设有正常液位线、最高液位警戒线、最低液位警戒线、液泵启动/阀门启动临界液位线和次低液位警戒线。
优选的，其使用方法包括以下步骤：
A、固定智能液位仪与工业液位计间的相对位置，使得工业液位计呈现的液位变化区域完全处于智能液位仪的CMOS摄像模组的视场范围内，此时智能液位仪通过CMOS摄像模组拍摄工业液位计的视频，同时在智能液位仪上的micro SD上进行存储；
B、智能液位仪对其采集到视频帧进行液位特征区域裁剪、平滑滤波、特征边缘提取和液位峰值检测，通过特殊设计的图像处理算法在20～50ms内计算出液位在标定测量范围的相对值，从而得出工业液位计所表达的真实液位值，计算出的液位数值、时间等过程参数以数据库的形式在智能液位仪上的micro SD上进行存储；
C、智能液位仪在计算出液位值的同时，通过RS485总线或者4-20mA电流环向PLC测控单元传输实时液位数据流，并由此接入DCS控制系统；
D、将各个终端液位视频流和分布在各分厂区工艺控制数据进行有机整合，存储到云服务器，透过智慧云进行共享和分析，从用户液位数据本地存储，演进到集中存储，继而向云存储发展。
优选的，工业液位计图像采集方法如下：
a、视频捕捉；
b、图像平滑滤波：采用自适应中值滤波对采集图像进行预处理得到平滑图像；
c、颜色阀值分割：进行特定颜色的识别以确定液位计显示部分的位置；
d、图像边缘检测：用Canny边缘检测技术从不同视觉对象中提取有用的结构信息；
e、液位分界面峰值检测：得到边缘图像后，利用分界面上边缘点数量明显增加的性质确定分界面液位；
f、摄像头透视失真的自矫正：采用参考点及其对象像素行的映射关系实现自矫正。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明解决了传统超声波等物理技术测量液位的可靠性差、精度低、无可视性、组网能力差等固有缺陷；解决了采用PC技术测量液位的系统庞大繁复、实时性差、集成度低、安装难度大、经济性差、可靠性低等固有缺陷；此外，本发明采用基于IP协议的系统架构设计，颠覆了传统液位测量仪表的配置、管理、数据存储和历史查阅方式，加入了符合IT特征的全新管理和配置方式。相比较传统方式，应用起来方便快捷、低成本高效能、精度高、可靠性高、组网能力强、可扩展性强。
附图说明
图1为本发明系统架构图；
图2为本发明CMOS摄像模组控制原理框图；
图3为本发明工业液位计图像采集方法流程图。
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，本发明提供一种技术方案：一种基于机器视觉的新型智能液位测量仪, 包括工业液位计1、CMOS摄像模组2和PC客户端3，所述CMOS摄像模组2采集工业液位计4的液位图像，所述CMOS摄像模组2通过本地网络5分别连接互联网网关6和数据服务器7，数据服务器7采用NVR或网络录像机。所述互联网网关6连接云服务器8，所述PC客户端3接入本地网络5，所述CMOS摄像模组2连接PLC9，所述PLC9连接DCS控制系统10；CMOS摄像模组2包括微处理器11、ROM存储器12、RAM存储器13、网络控制器14、固态硬盘15和图像传感器16，所述微处理器11分别连接ROM存储器12、RAM存储器13、网络控制器14、固态硬盘15和图像传感器16，所述微处理器11还连接RS485收发器17和4-20mA模拟量接口18，所述微处理器11采用RAM处理器。
本发明中，工业液位计4上设有正常液位线、最高液位警戒线、最低液位警戒线、液泵启动/阀门启动临界液位线和次低液位警戒线。
本发明智能液位仪内置视频服务器、web服务和基于web的配置管理和视频浏览界面，直接与以太网相连，便于现场调试安装，同时也提供了一个良好的远程登录用户界面，方便了用户的灵活组态应用。用户可通过标准Web浏览器查看液位视频数据；智能液位仪采用实时流传输协议通过以太网将实时液位视频流传输至用户本地网络中指定的数据服务器，以进行视频存储、管理，从而实现网络化带来的分布式架构优势。通过单台NVR，可以同时观看、浏览、回放、管理、存储多达64路智能液位仪传输的液位视频流和叠加于视频流上的液位数据。在必要的用户场合，可以采用NVR矩阵进行扩展。此部分功能全部基于IP架构。通过NVR来统一管理和配置末端智能液位仪对网络扩展具有巨大的优势。经特殊设计的NVR亦可通过RS485网络接入DCS控制系统。
工作原理：本发明的使用方法包括以下步骤：
A、固定智能液位仪与工业液位计间的相对位置，使得工业液位计呈现的液位变化区域完全处于智能液位仪的CMOS摄像模组的视场范围内，此时智能液位仪通过CMOS摄像模组拍摄工业液位计的视频，同时在智能液位仪上的micro SD上进行存储；
B、智能液位仪对其采集到视频帧进行液位特征区域裁剪、平滑滤波、特征边缘提取和液位峰值检测，通过特殊设计的图像处理算法在20～50ms内计算出液位在标定测量范围的相对值，从而得出工业液位计所表达的真实液位值，计算出的液位数值、时间等过程参数以数据库的形式在智能液位仪上的micro SD上进行存储；
C、智能液位仪在计算出液位值的同时，通过RS485总线或者4-20mA电流环向PLC测控单元传输实时液位数据流，并由此接入DCS控制系统；
D、将各个终端液位视频流和分布在各分厂区工艺控制数据进行有机整合，存储到云服务器，透过智慧云进行共享和分析，从用户液位数据本地存储，演进到集中存储，继而向云存储发展。
本发明中，工业液位计图像采集方法如下：
a、视频捕捉；
b、图像平滑滤波：采用自适应中值滤波对采集图像进行预处理得到平滑图像；
c、颜色阀值分割：进行特定颜色的识别以确定液位计显示部分的位置；
d、图像边缘检测：用Canny边缘检测技术从不同视觉对象中提取有用的结构信息；
e、液位分界面峰值检测：得到边缘图像后，利用分界面上边缘点数量明显增加的性质确定分界面液位；
f、摄像头透视失真的自矫正：采用参考点及其对象像素行的映射关系实现自矫正。
综上所述，本发明解决了传统超声波等物理技术测量液位的可靠性差、精度低、无可视性、组网能力差等固有缺陷；解决了采用PC技术测量液位的系统庞大繁复、实时性差、集成度低、安装难度大、经济性差、可靠性低等固有缺陷；此外，本发明采用基于IP协议的系统架构设计，颠覆了传统液位测量仪表的配置、管理、数据存储和历史查阅方式，加入了符合IT特征的全新管理和配置方式。相比较传统方式，应用起来方便快捷、低成本高效能、精度高、可靠性高、组网能力强、可扩展性强。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种基于机器视觉的新型智能液位测量仪, 包括工业液位计（1）、CMOS摄像模组（2）和PC客户端（3），其特征在于：所述CMOS摄像模组（2）采集工业液位计（1）的液位图像，所述CMOS摄像模组（2）通过本地网络（5）分别连接互联网网关（6）和数据服务器（7），所述互联网网关（6）连接云服务器（8），所述PC客户端（3）接入本地网络（5），所述CMOS摄像模组（2）连接PLC（9），所述PLC（9）连接DCS控制系统（10）。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的新型智能液位测量仪，其特征在于：所述CMOS摄像模组（2）包括微处理器（11）、ROM存储器（12）、RAM存储器（13）、网络控制器（14）、固态硬盘（15）和图像传感器（16），所述微处理器（11）分别连接ROM存储器（12）、RAM存储器（13）、网络控制器（14）、固态硬盘（15）和图像传感器（16），所述微处理器（11）还连接RS485收发器（17）和4-20mA模拟量接口（4），所述微处理器（11）采用RAM处理器。
3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的新型智能液位测量仪，其特征在于：所述数据服务器（7）采用NVR或网络录像机。
4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的新型智能液位测量仪，其特征在于：所述工业液位计（4）上设有正常液位线、最高液位警戒线、最低液位警戒线、液泵启动/阀门启动临界液位线和次低液位警戒线。
5.实现权利要求1所述的一种基于机器视觉的新型智能液位测量仪的使用方法，其特征在于：其使用方法包括以下步骤：
A、固定智能液位仪与工业液位计间的相对位置，使得工业液位计呈现的液位变化区域完全处于智能液位仪的CMOS摄像模组的视场范围内，此时智能液位仪通过CMOS摄像模组拍摄工业液位计的视频，同时在智能液位仪上的micro SD上进行存储；
B、智能液位仪对其采集到视频帧进行液位特征区域裁剪、平滑滤波、特征边缘提取和液位峰值检测，通过特殊设计的图像处理算法在20～50ms内计算出液位在标定测量范围的相对值，从而得出工业液位计所表达的真实液位值，计算出的液位数值、时间等过程参数以数据库的形式在智能液位仪上的micro SD上进行存储；
C、智能液位仪在计算出液位值的同时，通过RS485总线或者4-20mA电流环向PLC测控单元传输实时液位数据流，并由此接入DCS控制系统；
D、将各个终端液位视频流和分布在各分厂区工艺控制数据进行有机整合，存储到云服务器，透过智慧云进行共享和分析，从用户液位数据本地存储，演进到集中存储，继而向云存储发展。
6.根据权利要求5所述的一种基于机器视觉的新型智能液位测量仪的使用方法，其特征在于：工业液位计图像采集方法如下：
a、视频捕捉；
b、图像平滑滤波：采用自适应中值滤波对采集图像进行预处理得到平滑图像；
c、颜色阀值分割：进行特定颜色的识别以确定液位计显示部分的位置；
d、图像边缘检测：用Canny边缘检测技术从不同视觉对象中提取有用的结构信息；
e、液位分界面峰值检测：得到边缘图像后，利用分界面上边缘点数量明显增加的性质确定分界面液位；
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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