CN104198013B - 基于机器视觉技术的水位测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于机器视觉技术的水位测量装置。水位测量装置包括照明光源、图像采集模块、图像处理和分析模块、计算机、以及输出或和显示模块。本发明在明渠的某个固定点处放置一个待测目标，待测目标漂浮在水面上，在照明光源的辅助下通过图像采集模块获取待测目标的图像信息，然后通过各种运算对图像进行处理和分析，提取目标信息，计算机接收到目标信息后，通过输出和显示模块输出水位数据和现场水位的图像信息，既可以满足水位测量高精度的要求，又可以在计算机上观察到现场的水位图像。本发明能够完成远距离观测水位状况，为矿井工作人员带来很大方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于机器视觉技术的水位测量装置，适用于矿井水位测量。
背景技术
明渠作为井下重要排水设施，其流量变化对于水害监控有着重要意义。为了减少矿井水害事故发生的几率,使工作人员掌握大量的实时明渠流量的数据，研发和设计高精度、高质量的矿井水位测量装置尤为重要。
然而，我国在矿用水位测量装置的研究方面明显不足。常见的水位测量仪器是基于超声波测距原理得到水位值，此种水位测量仪器需要外接电源，安装成本较高；并且此种方法只能得到水位值，而无法观测到现场的水位情况，要想观察明渠当前的水位状况，则需要人工井下观测，不仅费时费力，还在一定程度上给工作人员带来了危险。鉴于矿井水位测量装置的重要意义和国内相关研究明显不足的现状，迫切需要提出一种新的矿用水位测量装置。
发明内容
针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种基于机器视觉技术的水位测量装置，该测量装置能够提供水位信息和现场图像信息，利于提高测量的准确性和可视性。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
基于机器视觉技术的水位测量装置，包括：
照射光源，用于照射位于明渠上某个固定点处且漂浮在水面上的待测目标，照射光源位于所述待测目标的上方，其镜头对准待测目标；
图像采集模块，用于获取待测目标的图像并对该图像进行A/D转换，然后将得到数字图像信息发送给图像处理和分析模块；
图像处理和分析模块，接收到图像采集模块发送的数字图像信息后进行分析和处理，然后提取目标信息并将该目标信息发送给计算机；
计算机接收到目标信息后，通过输出和显示模块输出水位数据和现场水位的图像信息。
进一步，在明渠上安装一个矩形堰槽，矩形堰槽顺水流方向设置，待测目标通过绳索连接到明渠上游的中间位置，待测目标漂浮在矩形堰槽中间的水面上。
进一步，在待测目标上方设有横跨在矩形堰槽上的固定支架，照射光源和图像采集模块安装在固定支架上。
进一步，所述待测目标具有单一色彩，待测目标的上表面上设有图标，该图标的边界具有不同于待测目标的色彩。
进一步，照射光源采用LED光源。
进一步，图像采集模块采用CCD摄像头，CCD摄像头的镜头位于待测目标的正上方。
进一步，上述分析和处理过程包括对图像进行预处理和对图像进行图像分割、边缘检测和图像识别处理。
进一步，上述预处理过程包括图像的灰度化、图像的几何校正、图像滤波和图像增强。
进一步，图像处理和分析模块与计算机之间通过RS485通信接口进行数据传输。
本发明具有如下优点：
本发明在明渠的某个固定点处放置一个待测目标，待测目标漂浮在水面上，在照明光源的辅助下通过图像采集模块获取待测目标的图像信息，然后通过各种运算对图像进行处理和分析，提取目标信息，计算机接收到目标信息后，通过输出和显示模块输出水位数据和现场水位的图像信息，既可以满足水位测量高精度的要求，又可以在计算机上观察到现场的水位图像。本发明能够完成远距离观测水位状况，为矿井工作人员带来很大方便。
附图说明
图1为本发明实施例中基于机器视觉技术的水位测量装置的组成框图；
图2为本发明实施例中基于机器视觉技术的水位测量装置的结构示意图；
图3为本发明中光学测量方法示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
结合图1至图3所示，基于机器视觉技术的水位测量装置，包括照射光源、图像采集模块、图像处理和分析模块、计算机、以及输出和显示模块。
待测目标位于明渠的某个固定点处且漂浮在水面上，可以避免淤泥等杂质的影响。具体的，待测目标可以通过如下方式进行固定：
在明渠上安装一个矩形堰槽1，矩形堰槽顺水流方向设置，待测目标2通过绳索3连接到明渠上游的中间位置，待测目标2漂浮在矩形堰槽中间的水面上。绳索3选用钢丝绳。
待测目标2上方设有固定支架4，优选地，该固定支架4为门形状，横跨在矩形堰槽上1上。照射光源5和图像采集模块6安装在固定支架4上。
为了使本发明中待测目标信息更容易被识别，从而得到精确更为精确的水位数据，将待测目标2设计为具有单一色彩，待测目标2的上表面上设有图标7，该图标为常见的圆形、正方形等形状即可，图标7的边界具有不同于待测目标的色彩。待测目标2可以是一个长方体薄片浮子，始终漂浮在水平上。
照射光源5位于待测目标2的上方，用于照射待测目标，照射光源的镜头对准待测目标。优选地，照射光源采用LED光源，进行视觉信息的实时处理。
优选地，图像采集模块6包括CCD摄像头8、视频处理器、图像缓存器、控制接口电路等。CCD摄像头8的镜头位于待测目标2的正上方，CCD摄像头8具有高灵敏度，高分辨率，高可靠性，工作速度快等优点，从而保证了捕捉的图像的质量。图像采集模块6，用于实时获取待测目标的图像并对该图像进行A/D转换，然后将得到数字图像信息发送给图像处理和分析模块。
上述采用的LED光源照明方式为将LED光源排列在CCD摄像头的一圈，来得到所需要的清晰图像，此种方式具有低功耗和便于调节光强的优点。
在LED光源的辅助下，CCD摄像头8照射待测目标，通过待测目标2上的图标在图像中呈现出的大小得出待测目标所在平面距离CCD摄像头8的距离，从而得出水位的实际高度，既可满足水位测量装置高精度的要求，又可以从计算机上观察到现场的水位图像。
图像处理和分析模块，由专用集成芯片(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)等组成，可以实时高速地完成各种低级图像处理算法，以减轻计算机的处理负荷，提高视觉检测***的速度。
图像处理和分析模块，接收到图像采集模块发送的数字图像信息后进行分析和处理，然后提取目标信息并将该目标信息发送给计算机。具体的分析和处理过程包括对图像进行预处理和对图像进行图像分割、边缘检测和图像识别处理。其中，预处理过程包括图像的灰度化、图像的几何校正、图像滤波和图像增强。
图像处理和分析模块与计算机之间通过RS485通信接口传输数据。计算机接收到目标信息后，通过输出和显示模块输出水位数据和现场水位的图像信息，以供工作人员远程监测。
当然，以上说明仅仅为本发明的较佳实施例，本发明并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本发明的保护。
Claims (6)
1.基于机器视觉技术的水位测量装置，其特征在于，包括：
照射光源，用于照射位于明渠上某个固定点处且漂浮在水面上的待测目标，照射光源位于所述待测目标的上方，其镜头对准待测目标；
图像采集模块，用于获取待测目标的图像并对该图像进行A/D转换，然后将得到数字图像信息发送给图像处理和分析模块；
图像处理和分析模块，接收到图像采集模块发送的数字图像信息后进行分析和处理，然后提取目标信息并将该目标信息发送给计算机；
计算机接收到目标信息后，通过输出和显示模块输出水位数据和现场水位的图像信息；
在明渠上安装一个矩形堰槽，矩形堰槽顺水流方向设置，待测目标通过绳索连接到明渠上游的中间位置，待测目标漂浮在矩形堰槽中间的水面上；
在待测目标上方设有横跨在矩形堰槽上的固定支架，照射光源和图像采集模块安装在固定支架上；
所述待测目标具有单一色彩，待测目标的上表面上设有图标，该图标的边界具有不同于待测目标的色彩。
2.根据权利要求1所述的基于机器视觉技术的水位测量装置，其特征在于，照射光源采用LED光源。
3.根据权利要求1所述的基于机器视觉技术的水位测量装置，其特征在于，图像采集模块采用CCD摄像头，CCD摄像头的镜头位于待测目标的正上方。
4.根据权利要求1所述的基于机器视觉技术的水位测量装置，其特征在于，所述分析和处理过程包括对图像进行预处理和对图像进行图像分割、边缘检测和图像识别处理。
5.根据权利要求4所述的基于机器视觉技术的水位测量装置，其特征在于，所述预处理过程包括图像的灰度化、图像的几何校正、图像滤波和图像增强。
6.根据权利要求1所述的基于机器视觉技术的水位测量装置，其特征在于，图像处理和分析模块与计算机之间通过RS485通信接口进行数据传输。
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