專利名稱：一種基于機器視覺的料位測量方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種基于機器視覺的非接觸式連續(xù)測量小顆粒狀物料料位的高可信度方法 及其裝置，屬于物位測量的技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景一般需要測量料位的物料都存放在一個容器里，該容器往往是十幾米高的筒狀體、錐狀 體或半筒半錐狀混合體。隨著物料源源不斷地送入容器，物料距離容器頂部的距離越來越近， 如不及時停止加料，就有可能溢出。目前對料位的測量有多種方法，如射頻導(dǎo)納物位計，應(yīng) 用射頻電容技術(shù)，將一個無線電頻率施加在探頭上，通過連續(xù)的分析電容量的變化，確定由 周圍環(huán)境造成的影響，是一種接觸式物位計；超聲波物位計，應(yīng)用測量超聲波脈沖發(fā)送和接 收的時間差來計算物距；雷達物位計，用光速電磁波傳播，依據(jù)時域反射原理或調(diào)頻連續(xù)波 原理，測量與被測界面之間的距離。盡管它們測量的原理、精度以及應(yīng)用場合不盡相同，但 它們有一個公共的不足點，就是在顯示料位的同時不能顯示物料的現(xiàn)場實景，因此一旦受到 某種影響導(dǎo)致料位信息不準確時，就會誤導(dǎo)操作人員，發(fā)生物料溢出等事故，有些事故甚至 會造成嚴重的后果。例如火力發(fā)電廠的煤倉，如圖1，它是上半體筒狀下半體錐狀的容器， 以每分鐘近十噸的速度加倉，每個倉位能容納近百噸煤， 一旦料位計發(fā)生故障，操作人員每 晚發(fā)現(xiàn)一分鐘，就意味著有近十噸煤溢出，往往會造成嚴重事故。中國專利申請?zhí)?1107328.4，
公開日2002.11.6，公開了一種數(shù)字視頻料位計，由視頻輸 入器、圖像采集卡、微處理器和顯示屏等相互連接而成，把視頻輸入器對準被測物料，視頻 輸入器又連接到圖像采集卡的視頻輸入端，微處理器控制圖像采集卡按用戶設(shè)定的采樣周期 采集料位圖像，并對該圖像進行處理，將分析出的料位坐標值與標定的刻度計比較計算出料 位真實值，同時將料位圖像、料位真實值以及該值的變化趨勢顯示在顯示屏上。其測量料位 的主要手段是利用料位坐標點所處標定的刻度計上的讀數(shù)來獲取料位真實值的，而本發(fā)明是 利用隨物料料位的高低而不斷變化的光圓直徑或面積大小來進行料位測量的。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種基于機器視覺的非接觸式連續(xù)測量小顆粒狀物料料位的方法以 及能同時真實地顯示料位現(xiàn)場實景圖像的裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案是采用一種特殊的點光源，安裝在料倉的頂部，如圖2所示，點光 源射出的光束，投射在物料表面，從料倉的垂直剖面上可以看出是等腰的錐形。而在不同高度的水平橫截面上可以看到它們是不同直徑的光圓。設(shè)A-A橫截面與點光源之間垂直高度為 A，橫截面上光圓的半徑為A，面積為&， B-B橫截面與點光源之間的垂直高度為丄2，橫截面上光圓的半徑為i^，面積為&, C-C橫截面與點光源之間垂直高度為A，橫截面上光圓的半徑為A，面積為&，垂直高度丄與光圓的半徑及之間的關(guān)系為^ = ^ =—，垂直高度乙^為已知值j，那么￡3=/&，也就是說，只要知道C-C橫截面上光圓的面積&，就可求出c-c橫截面與點光源之間的垂直距離丄3 。在料倉加倉的過程中，物料慢慢地由底部向上堆積，點光源在物料表面形成不同面積的光圓，如圖3，隨著物料的堆積，光圓的面積逐漸變小，如圖4。因此測得在物料表面形成的 光圓的面積，就能求出物料表面與點光源之間的垂直高度進而得到物料料位。把圖像采集機集成在點光源中，該圖像采集機采集由物料和點光源在物料表面形成的光 圓所組成的圖像，由于光圓和物料介質(zhì)之間有較明顯的邊界，通過驗證型光圓檢測算法，即 自適應(yīng)閾值分割與區(qū)域生長算法處理該圖像，檢測出光圓的面積；同時采用邊緣檢測與哈夫 變換算法檢測光圓邊界獲得光圓直徑，進一步驗證光圓面積或直徑檢測的可信度，如果兩次 處理結(jié)果一致，則說明檢測準確可信，否則將被過濾；而且由于倉內(nèi)的物料是慢慢向上堆積， 還可利用光圓面積或物料料位的漸變特性驗證檢測結(jié)果的可信度?；跈C器視覺的料位測量裝置是一種嵌入式系統(tǒng)，框圖如圖5所示。 在該裝置中，圖像采集機獲得包含光圓的圖像信號經(jīng)機器視覺模塊中的數(shù)字圖像處理單 元后， 一路通過分析處理求出光圓的直徑或面積值，該值經(jīng)料位計算單元得到料位的數(shù)字量， 料位數(shù)字量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成4一20mA信號輸出。從數(shù)字圖像處理單元輸出的第二路信號經(jīng)視 頻D/A轉(zhuǎn)換模塊，還原成視頻圖像信號輸出，第三路經(jīng)JPEG壓縮單元壓縮后與現(xiàn)場料位數(shù) 字量以及生成的校驗碼經(jīng)過信號編碼單元，形成串行復(fù)合信號，以二線形式輸出料位量和現(xiàn) 場實景JPEG圖像的復(fù)合信號。例如串行信號傳輸速率為57600b/s，通過計算1秒內(nèi)可傳輸


圖1是火力發(fā)電廠的煤倉示意圖；圖2是根據(jù)光圓直徑或面積獲得物料料位的原理示意圖; 圖3，圖4是光圓隨物料料位高低而變化的煤倉側(cè)視圖； 圖5是料位測量裝置系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
權(quán)利要求
1. 一種基于機器視覺的料位測量的方法和裝置，其特性在于(1)本裝置采用的方法是在料倉頂部安裝特殊的點光源，發(fā)光強度大，經(jīng)聚焦后向固定的方向發(fā)射出光束投射在物料表面，在該表面形成高亮度光圓。該光圓的直徑或面積大小隨物料料位的高低而不斷變化。(2)本裝置采用圖像采集機與DSP圖像處理器集成采集和分析處理由物料與物料表面形成的光圓組成的圖像，經(jīng)過圖像分析得到光圓的面積或直徑，由此求出料位值。
2. 根據(jù)l所述裝置，為了提高料位檢測的準確性和可信度，提出了驗證型光圓檢測算法，其特性在于利用兩種或多種獨立的光圓檢測算法。如通過自適應(yīng)閾值分割與區(qū)域生長 算法檢測光圓面積進而獲得直徑，同時采用邊緣檢測與哈夫變換算法檢測光圓邊界獲得 光圓直徑，將兩種檢測算法得到的直徑進行比較是否一致，最終結(jié)合運用光圓面積或物 料料位的漸變特性共同驗證料位檢測的準確性和可信度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于機器視覺的非接觸式連續(xù)測量小顆粒狀物質(zhì)料位的高可信度方法及其裝置，屬物位測量的技術(shù)領(lǐng)域。該裝置由特殊點光源、圖像采集機、機器視覺模塊等組成，圖像采集機采集由點光源發(fā)射出的光束在物料表面形成的高亮度光圓圖像，通過機器視覺模塊采用驗證型光圓檢測算法進行分析和處理，計算出光圓的直徑或面積大小進而獲得料位值，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成4-20mA信號輸出，同時該值與壓縮的現(xiàn)場實景JPEG圖像編碼后形成串行信號輸出，另外還能將圖像采集機采集的原始圖像信號輸出。
文檔編號G01C11/00GK101270981SQ20071003849
公開日2008年9月24日 申請日期2007年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月23日
發(fā)明者沈文忠, 高幼年 申請人:高幼年;沈文忠