CN105526993A - 机器视觉料位计及其测量料位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及料位测量领域，公开了一种机器视觉料位计及其测量料位的方法，光发射部件向待测物料表面投射至少两束平行光以及至少一束与各平行光呈预设夹角的倾斜光；图像采集部件采集各平行光和各倾斜光照射到待测物料表面后形成的平行光光斑和倾斜光光斑的图像，并将图像发送给运算处理器；运算处理器根据已知的必要信息对上述图像进行运算处理得到料位信息；本发明可极大消除图像采集部件成像原理和变焦等因素对图像获取和计算的影响，简化了测量计算量，无需大量标定，真正实现机器视觉对物料的连续测量、还可实现对测量点的定点监控、获取物料表面的倾斜角度、获取物料表面温度、获取测量空间实时图像，测量准确、可靠、简洁，算法简单高效。

Description

机器视觉料位计及其测量料位的方法

技术领域

本发明涉及料位测量领域，特别涉及一种机器视觉料位计及其测量料位的方法。

背景技术

随着技术的快速发展，依靠机器视觉识别与计算进行料位测量与监视的想法一直以来广受关注，因为机器视觉识别不仅可以实时显示物料（物体）的高度或者距离，同时可以向用户展示测量对象的图像，让用户可以“眼见为实”的对监视环境进行监控。

但是，多年来机器视觉料位监控设备，在实际生产和生活中，并没有被真正大量使用与普及的主要原因，还是因为现有的机器视觉料位监控设备与方法，无法满足生产现场真正的状况或者测量方法在实际测量中无法真正实现。

现有的机器视觉料位识别设备与方法主要分为如下两种：

1、对被测量物料图像进行直接分析判断，判断物料料位。该种方法直接采集物料和测量空间内的图像，采用实时图像与测量设备中预存的图像进行对比，判断实时图像所展示的图像符合高度表中的那个图像，做出料位判断。该种方法，需要预先录制和存储各个不同高度的物料图像，并存储于设备中。预先要进行高度与图像的标定。

如中国专利申请号01107328.4，公开日2002.11.6，公开了一种数字视频料位计，

该数字视频料位计由视频输入器、图像采集卡、微处理器和显示屏相互连接而成。采用

机器视觉技术检测固体物料料位，其检测料位步骤为料位图像采集、数字图像处理和分

析、存储显示。把视频输入器对准被测物料，视频输入器又连接到图像采集卡的视频

输入端，微处理器控制图像采集卡按用户设定的采样周期采集料位图像，并对该图像进

行处理，将分析出的料位坐标值与标定的刻度计比较计算出料位真实值，同时将料位图

像、料位真实值以及该值的变化趋势显示在显示屏上。其测量料位的主要手段是利用料

位坐标点处标定的刻度计上的读数来获取料位真实值的。

中国专利申请号99100675.5，公开日2000.8.16，公开了一种散焦聚距离测定方

法，尤指一种利用影像处理的方法做广角度的物体距离测定，即利用一对某一特定距离

为焦距的镜头，取得实际景物的模糊影像后，再利用不同的反函数(散焦函数的反函数)

的卷积换算，将其划分为若干区块，并对其区块进行散焦情况的对比，由对比结果与预

先求得的值比较求出距离值，获得以镜头圆心的各点距离的估计值。

2、使用单个点光源照射物料，通过对单个光斑的图像特征判断，判断物料料位。该种方法通过测量单个光斑的图像特征，间接测量物料料位。

如：中国专利申请号200710038493.8，公开日2008.9.24，公开了一种基于机器视觉

的料位测量方法和装置，该装置由特殊点光源、图像采集机、机器视觉模块等组成。采

用机器视觉技术检测固体物料料位，其检测料位步骤为：由安装在料仓顶部的特殊的点

光源发射出的光束，投射在物料表面，从料仓的垂直剖面上看是等腰的锥形。在不同高

度的水平横截面上得到不同直径的高亮度光圆图像，通过机器视觉模块采用验证型光圆

检测算法进行分析和处理，计算出光源的直径或面积大小进而获得料位值。同时，真实

的显示料位现场实景图像的装置。

中国专利号201010509916.1，一种非接触式煤仓煤位光电测量方法与装置，提供了一种非接触式，基于图像中激光光斑成像点与图像中心点间的像素数，获取料仓内物料深度值的光电测量方法及装置，属物位测量技术领域。特别适用于煤仓煤位的深度测量。本发明装置在筒状煤仓主轴顶部固定数字相机和激光发射器，使相机光路垂直于物料表面，将激光发射器布置在与水平方向成θ角的位置，确保激

光光斑的成像区域能够投射在相机视场范围内的物料表面上。相机采用N档分段定焦，以满足在煤仓的不同煤位处均能摄取清晰的图像。采用DSP作为处理器内核，通过计算激光光斑成像点与图像中心点间的像素数，查询预先标定的对应不同像素数均值的深度表，完成深度检测。

以上现有的机器视觉识别方法，无法被真正使用的原因在于，忽略了视频与图像设备成像原理特性：即使同样面积的图像，在同样成像焦距参数下，离图像获取设备越远图像越小；如果再考虑获取清晰图像需要变焦，同样面积图像在图像获取设备中图像大小更加复杂多变。因此现有技术，无论通过直接获取图像还是通过图像与预存图像比较方法或者直接计算投射光斑面积或者偏离像素的方法，均忽略了图像获取设备基本成像原理以及图像获取设备变焦带来的更加复杂的参数变化，均无法真正实施，也就无法获取物料准确料位。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种机器视觉料位计及其测量料位的方法，可以消除图像获取部件成像原理与变焦等因素对于图像计算的影响，即可以实现对物料料位的连续测量，也可实现对测量点的定点监控，还可测量出物料表面的倾斜角度，测量准确、可靠，方法简洁，算法简单且高效。

技术方案：本发明提供了一种机器视觉料位计，包括光发射部件、图像采集部件、运算处理器和信号输出部件，所述光发射部件和所述图像采集部件均设置在待测物料所在测量空间内，所述运算处理器分别连接所述图像采集部件和所述信号输出部件；所述光发射部件用于向所述待测物料表面投射至少两束平行光以及至少一束与各所述平行光呈预设夹角的倾斜光；所述图像采集部件用于采集各所述平行光和各所述倾斜光照射到所述待测物料表面后形成的平行光光斑和倾斜光光斑的图像，并将所述图像发送给所述运算处理器；所述运算处理器用于根据各所述平行光之间的实际间距、各所述倾斜光的光源与各所述平行光之间的实际间距、各所述预设夹角、各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距以及各所述倾斜光光斑与各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距，运算处理获得各所述倾斜光的光斑位置处的所述待测物料的料位信息，并将所述料位信息信号传输给所述信号输出部件；和/或，所述运算处理器用于根据所述待测物料的料位到达预设高度时，各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距、各所述平行光光斑与各所述倾斜光斑之间在所述图像中的图像间距，以及所述图像采集部件实时采集到的图像中，各平行光光斑之间的图像间距、各所述平行光光斑与各所述倾斜光光斑之间的图像间距，运算处理逻辑判断出所述待测物料是否到达所述预设高度，并将所述逻辑判断的结果信号传输给所述信号输出部件；所述信号输出部件用于将所述料位信息和/或所述逻辑判断的结果信号输出。

优选地，在各所述平行光光斑和各所述倾斜光光斑中，至少有两个所述平行光光斑和一个所述倾斜光光斑位于同一直线。

优选地，所述位于同一直线上的两个所述平行光光斑和一个所述倾斜光光斑均位于所述待测物料的同一料位高度。

进一步地，若所述光发射部件向所述待测物料表面投射至少两束的平行光以及至少两束与各所述平行光呈预设夹角的倾斜光；则所述运算处理器根据各所述平行光之间的实际间距、各所述倾斜光的光源与各所述平行光之间的实际间距、各所述预设夹角、各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距、各所述倾斜光光斑与各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距，运算处理获得所述待测物料的表面倾斜度信息，并将所述表面倾斜度信息信号传输给所述信号输出部件；所述信号输出部件将所述料位信息、所述逻辑判断的结果和/或所述表面倾斜度信息信号输出。

优选地，在至少两个所述平行光光斑和至少两个所述倾斜光光斑中，至少两个所述平行光光斑和至少两个所述倾斜光光斑位于同一直线且沿所述待测物料同一倾斜表面的倾斜方向依次排列。

进一步地，若所述光发射部件向所述待测物料表面投射至少四束平行光以及至少两束与各所述平行光呈预设夹角的倾斜光；则所述运算处理器根据各所述平行光之间的实际间距、两两所述平行光之间组成的各平面之间的实际间距、两两所述倾斜光的光源之间的高度差、各所述倾斜光的光源与各所述平行光之间的实际间距、各所述预设夹角、各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距以及各所述倾斜光光斑与各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距，运算处理获得所述待测物料的表面倾斜度信息，并将所述表面倾斜度信息信号传输给所述信号输出部件；所述信号输出部件将所述料位信息、所述逻辑判断的结果和/或所述表面倾斜度信息信号输出。

优选地，在至少四个所述平行光光斑和至少两个所述倾斜光光斑中，至少四个所述平行光光斑和至少两个所述倾斜光光斑均位于所述待测物料同一倾斜表面，且至少两个所述平行光光斑和至少一个所述倾斜光光斑位于第一直线、第一料位高度上，另外还有至少两个所述平行光光斑和至少一个所述倾斜光光斑位于第二直线、第二料位高度上，位于所述第一直线上的两个所述平行光光斑的光线构成第一平面，位于所述第二直线上的两个所述平行光光斑的光线构成第二平面，所述第一平面与所述第二平面平行。

进一步地，所述的机器视觉料位计还包括减震稳定部件，所述减震稳定部件与所述光发射部件和/或所述图像采集部件有效接触。

优选地，所述减震稳定部件为机械被动式或陀螺仪主动控制式。

进一步地，所述的机器视觉料位计还包括防尘除灰部件，所述防尘除灰部件位于所述图像采集部件和/或所述光发射部件附近且与所述运算处理器相连。

优选地，所述防尘除灰部件为气体吹扫机构或机械刷动机构。

进一步地，所述的机器视觉料位计还包括照明部件，所述照明部件固定在所述待测物料所在容器内部且与所述运算处理器连接。

优选地，所述照明部件为可见光照明设备或红外线非可见光照明设备。

进一步地，所述的机器视觉料位计还包括红外或者激光原理的测温部件，用于远距离测量物料表面的温度信息，所述测温部件与所述运算处理器连接，所述测温部件将所述温度信息发送给所述运算处理器，所述运算处理器再将所述温度信息通过所述信号输出部件输出。

进一步地，所述光发射部件还用于投射垂直于所述平行光的辅助光。

进一步地，所述运算处理器还用于对所述图像进行运算处理得到所述待测物料的三维立体图像，并将所述三维立体图像经所述信号输出部件输出。

进一步地，所述图像采集部件还用于采集火焰或燃烧图像，并将火焰或燃烧图像发送给所述运算处理器，所述运算处理器还用于在接收到所述火焰或燃烧图像时控制外接报警器报警，或者所述运算处理器将所述火焰或燃烧图像经所述信号输出部件输出。

进一步地所述图像获取部件还用于采集所述测量空间内的环境图像，并将所述环境图像发送给所述运算处理器，所述运算处理器再将所述环境图像通过所述信号输出部件输出。

本发明还提供了一种机器视觉料位计测量料位的方法，包含以下步骤：S1：向所述待测物料表面投射至少两束平行光以及至少一束与各所述平行光呈预设夹角的倾斜光，各所述平行光和各所述倾斜光照射到所述待测物料表面后对应形成平行光光斑和倾斜光光斑；S2：预存各所述平行光之间的实际间距、各所述倾斜光的光源与各所述平行光之间的实际间距以及各所述倾斜光与各所述平行光之间的实际夹角；或者，预存所述待测物料的料位到达预设高度时，各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距、各所述倾斜光光斑与各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距；S3：采集各所述平行光光斑和各所述倾斜光光斑的图像；S4：对所述图像进行运算处理，得到各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距、各所述倾斜光光斑与各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距；S5：根据各所述平行光之间的实际间距、各所述倾斜光的光源与各所述平行光之间的实际间距以及各所述倾斜光与各所述平行光之间的实际夹角、各所述平行光光斑之间的图像间距以及各所述倾斜光光斑与各所述平行光光斑之间的图像间距，运算处理获得各所述倾斜光的光斑位置处的所述待测物料的料位信息；和/或，根据所述待测物料的料位到达预设高度时，各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距、各所述平行光光斑与各所述倾斜光斑之间在所述图像中的图像间距，以及所述图像采集部件实时采集到的图像中，各平行光光斑之间的图像间距、各所述平行光光斑与各所述倾斜光光斑之间的图像间距，运算处理逻辑判断出所述待测物料是否到达所述预设高度；S6：将所述料位信息和/或所述逻辑判断的结果信号输出。

优选地，在所述S1中，选择其中位于同一直线上的至少两个所述平行光光斑和至少一个所述倾斜光光斑作为参考平行光光斑和参考倾斜光光斑，并定义任一所述参考倾斜光光斑为第一参考倾斜光光斑、任意两个所述参考平行光光斑分别为第一参考平行光光斑和第二参考平行光光斑；则在所述S2中，预存所述第一参考平行光光斑的光线和所述第二参考平行光光斑的光线之间的实际间距D1、所述第一参考倾斜光光斑的光源与所述第一参考平行光光斑的光线或所述第二参考平行光光斑的光线之间的实际间距T1、所述第一参考倾斜光与所述第一参考平行光或所述第二参考平行光之间的实际夹角θ；在所述S3中：实时采集所述第一参考平行光光斑、所述第二参考平行光光斑以及所述第一参考倾斜光光斑的图像；在所述S4中：对所述图像进行运算处理，得到所述第一参考平行光光斑和所述第二参考平行光光斑之间在所述图像中的图像间距D1′、所述第一参考倾斜光光斑与所述第一参考平行光光斑或所述第二参考平行光光斑之间在所述图像中的图像间距D2′；在所述S5中：根据所述D1、所述T1、所述θ、所述D1′以及所述D2′运算处理得到所述第一参考倾斜光光斑位置处的所述待测物料的料位信息。

优选地，在所述S1中，选择其中位于同一直线上的至少两个所述平行光光斑和至少一个所述倾斜光光斑作为参考平行光光斑和参考倾斜光光斑；并定义任一所述参考倾斜光光斑为第一参考倾斜光光斑、任意两个所述参考平行光光斑分别为第一参考平行光光斑和第二参考平行光光斑；在所述S2中：预存所述待测物料的料位到达预设高度h时，所述第一参考平行光光斑的光线和第二参考平行光光斑的光线之间的图像间距D1、所述第一参考倾斜光光斑与所述第一参考平行光光斑或所述第二参考平行光光斑之间的图像间距D2；在所述S3中：实时采集所述第一参考平行光光斑、所述第二参考平行光光斑以及所述第一参考倾斜光光斑的图像；在所述S4中：对所述图像进行运算处理，得到所述第一参考平行光光斑与所述第二参考平行光光斑之间的图像间距为D1′、所述第一参考倾斜光光斑与所述第一参考平行光光斑或所述第二参考平行光光斑之间的图像间距为D2′；在所述S5中，若在某一时刻，D1′/D2′等于或大于所述D1/D2，则运算处理逻辑判断出此刻所述待测物料的料位到达所述h。

优选地，所述第一参考倾斜光光斑、所述第一参考平行光光斑以及所述第二参考平行光光斑均位于所述待测物料的同一料位高度。

优选地，若在所述S1中，向所述待测物料表面投射至少两束平行光以及至少两束与各所述平行光呈预设夹角的倾斜光；则在所述S5中，根据各所述平行光之间的实际间距、各所述倾斜光的光源与各所述平行光之间的实际间距、各所述倾斜光与各所述平行光之间的实际夹角、各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距、各所述倾斜光光斑与各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距，运算处理获得所述待测物料的表面倾斜度信息；在所述S6中，将所述料位信息、所述逻辑判断的结果和/或所述表面倾斜度信息信号输出。

优选地，在所述S1中，选择其中位于同一直线且沿所述待测物料同一倾斜表面的倾斜方向依次排列的至少两个所述平行光光斑和至少两个所述倾斜光光斑作为参考平行光光斑和参考倾斜光光斑，并定义任意两个所述参考平行光光斑分别为第一参考平行光光斑和第二参考平行光光斑、任意两个所述参考倾斜光光斑分别为第一参考倾斜光光斑和第二参考倾斜光光斑；在所述S2中：预存所述第一参考平行光光斑的光线与所述第二参考平行光光斑的光线之间的实际间距D1、所述第一参考倾斜光光斑的光源与所述第一参考平行光光斑的光线或所述第二参考平行光光斑的光线之间的实际间距T1、所述第二参考倾斜光光斑的光源与所述第一参考平行光光斑的光线或所述第二参考平行光光斑的光线之间的实际间距T2、所述第一参考倾斜光光斑的光线与所述第一参考平行光光斑的光线或所述第二参考平行光光斑的光线之间的实际夹角θ1、所述第二参考倾斜光光斑的光线与所述第一参考平行光光斑的光线或所述第二参考平行光光斑的光线之间的实际夹角θ2；在所述S3中：采集所述第一参考平行光光斑、第二参考平行光光斑、所述第一参考倾斜光光斑以及所述第二参考倾斜光光斑的图像；在所述S4中：对所述图像进行运算处理得到所述第一参考平行光光斑与所述第二参考平行光光斑在所述图像上的图像间距D1′、所述第一参考倾斜光光斑与所述第一参考平行光光斑或所述第二参考平行光光斑在所述图像上的图像间距D2′、所述第二参考倾斜光光斑与所述第一参考平行光光斑或所述第二参考平行光光斑在所述图像上的图像间距D3′；在所述S5中：根据所述D1、所述T1、所述T2、所述θ1、所述θ2、所述D1′、所述D2′和所述D3′运算处理得到所述待测物料的表面倾斜度信息。

优选地，若在所述S1中，向所述待测物料表面投射至少四束平行光以及至少两束与各所述平行光呈预设夹角的倾斜光；则在所述S5中，根据各所述平行光之间的实际间距、各所述倾斜光的光源与各所述平行光之间的实际间距、各所述倾斜光与各所述平行光之间的实际夹角、两两所述平行光之间组成的各平面之间的实际间距、两两所述倾斜光的光源之间的高度差、各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距、各所述倾斜光光斑与各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距，运算处理获得所述待测物料的表面倾斜度信息；在所述S6中，将所述料位信息、所述逻辑判断的结果和/或所述表面倾斜度信息信号输出。

优选地，在所述S1中，选择其中位于第一直线、第一料位高度上的至少两个所述平行光光斑和至少一个所述倾斜光光斑以及位于第二直线、第二料位高度上的至少两个所述平行光光斑和至少一个所述倾斜光光斑作为参考平行光光斑和参考倾斜光光斑，且所述第一直线与所述第二直线平行，并定义位于所述第一直线上的任意两个所述参考平行光光斑分别为第一参考平行光光斑和第二参考平行光光斑、任意一个所述参考倾斜光光斑为第一参考倾斜光光斑，定义位于所述第二直线上的任意两个所述参考平行光光斑分别为第三参考平行光光斑和第四参考平行光光斑、任意一个所述参考倾斜光光斑为第二参考倾斜光光斑；所述第一参考平行光光斑、所述第二参考平行光光斑、所述第三参考平行光光斑、所述第四参考平行光光斑、所述第一参考倾斜光光斑以及所述第二参考倾斜光光斑均位于所述待测物料的同一倾斜表面上，所述第一参考平行光光斑的光线与所述第二参考平行光光斑的光线构成的第一平面平行于所述第三参考平行光光斑的光线与所述第四参考平行光光斑的光线构成的第二平面；在所述S2中：预存所述第一参考平行光光斑的光线与所述第二参考平行光光斑的光线之间的实际间距D1、所述第三参考平行光光斑的光线与所述第四参考平行光光斑的光线之间的实际间距D2、所述第一参考倾斜光光斑的光源与所述第一参考平行光光斑的光线或所述第二参考平行光光斑的光线之间的实际间距T1、所述第二参考倾斜光光斑的光源与所述第三参考平行光光斑的光线或所述第四参考平行光光斑的光线之间的实际间距T2、所述第一参考倾斜光光斑的光线与所述第一参考平行光光斑的光线或所述第二参考平行光光斑的光线之间的实际夹角θ1、所述第二参考倾斜光光斑的光线与所述第三参考平行光光斑的光线或所述第四参考平行光光斑的光线之间的实际夹角θ2、所述第一平面与所述第二平面之间的实际间距K、所述第一参考倾斜光光斑的光源与所述第二参考倾斜光光斑的光源之间的高度差ΔH；在所述S3中：采集所述第一参考平行光光斑、所述第二参考平行光光斑、所述第三参考平行光光斑、所述第四参考平行光光斑、所述第一参考倾斜光光斑以及所述第二参考倾斜光光斑的图像；在所述S4中：对所述图像进行运算处理得到所述第一参考平行光光斑与所述第二参考平行光光斑在所述图像上的图像间距D1′、所述第三参考平行光光斑与所述第四参考平行光光斑在所述图像上的图像间距D2′、所述第一参考倾斜光光斑与所述第一参考平行光光斑或所述第二参考平行光光斑在所述图像上的图像间距D3′、所述第二参考倾斜光光斑与所述第三参考平行光光斑或所述第四参考平行光光斑在所述图像上的图像间距D4′；在所述S5中：根据所述D1、所述D2、所述T1、所述T2、所述θ1、所述θ2、所述K、所述ΔH、所述D1′、所述D2′、所述D3′和所述D4′运算处理得到所述待测物料的表面倾斜度信息。

有益效果：本发明中光发射部件发射的平行光，相当于一个标尺，而这个标尺在物料表面随物料料位的变化基本保持不变，同时由于负责测量料位的倾斜光光斑与作为标尺的平行光斑被图像采集部件采集到后形成的光斑图像中，因成像原理和变焦等因素引起的图像变化特征的也是基本一致的，所以当算法中带入这个标尺参量后，可以消除图像采集部件成像原理和变焦等因素对于图像计算的严重影响；通过这个投射的光标尺，图像采集部件的变焦或者其他因素对于本发明中的测量方法的破坏性影响基本被消除。

本料位计与测量方法的有益效果有：

1、真正实现机器视觉对物料料位的准确测量；

2、无需进行标定板标定等大量标定工作；

3、真正实现对物料料位的持续测量；

4、测量精度远高于现有的机器视觉测量方法；

5、实现对物料表面倾斜状况的测量，对于自动配料等应用具有非常积极的影响；

6、可以实现物料表面三维立体图像的呈现；

7、可以提供物料表面温度、燃烧情况、实时情况的监控；

8、算法简洁而高效。

附图说明

图1为实施方式1中机器视觉料位计的信号流向示意图；

图2为实施方式1中平行光和倾斜光的形成方式示意图；

图3为实施方式1中平行光和倾斜光的形成方式示意图；

图4为实施方式6中辅助光与平行光和倾斜光交叉作用时的示意图；

图5为实施方式8中计算料位的方法示意图（物料表面平整）；

图6为实施方式8中计算料位的方法示意图（物料表面具有倾斜度）；

图7为实施方式8中计算料位的方法示意图；

图8为实施方式9中计算料位的方法示意图；

图9为实施方式10中计算料位的方法示意图；

图10为实施方式11中计算料位的方法示意图；

图11为实施方式12中计算料位的方法示意图；

图12为实施方式12中计算料位的方法示意图；

图13为实施方式13中计算料位的方法示意图；

图14为实施方式13中计算料位的方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的介绍。

实施方式1：

本实施方式提供了一种机器视觉料位计，如图1所示，包括光发射部件、图像采集部件、运算处理器和信号输出部件，光发射部件和图像采集部件均设置在待测物料所在测量空间内，运算处理器分别连接图像采集部件和信号输出部件；

光发射部件用于向待测物料表面投射至少两束垂直于待测物料某一横截面的平行光以及至少一束与各平行光呈预设夹角的倾斜光；

图像采集部件用于采集各平行光和各倾斜光照射到待测物料表面后形成的平行光光斑和倾斜光光斑的图像，并将图像发送给运算处理器；

运算处理器用于根据各平行光之间的实际间距、各倾斜光的光源与各平行光之间的实际间距、各预设夹角、各平行光光斑之间在图像中的图像间距以及各倾斜光光斑与各平行光光斑之间在图像中的图像间距，运算处理获得各倾斜光的光斑位置处的待测物料的料位信息，并将料位信息信号传输给信号输出部件；

和/或，运算处理器根据待测物料的料位到达预设高度时，各平行光光斑之间在图像中的图像间距、各平行光光斑与各倾斜光斑之间在图像中的图像间距，以及图像采集部件实时采集到的图像中，各平行光光斑之间的图像间距、各平行光光斑与各倾斜光光斑之间的图像间距，运算处理逻辑判断出待测物料是否到达预设高度，并将逻辑判断的结果信号传输给信号输出部件；

信号输出部件用于将料位信息和/或逻辑判断的结果信号输出。

在本实施方式中，为了防止光发射部件和/或图像采集部件在工作过程中由于工作环境恶劣而发生震动，可以为二者配置减震稳定部件，优选使用机械被动式或陀螺仪主动控制式的减震部件；另外，由于待测物料所处的环境通常比较恶劣，灰尘较大，为了避免灰尘较大妨碍光发射部件发射的平行光和倾斜光，以及为了避免图像采集部件由于灰尘蒙蔽无法采集图像，本实施方式中在图像采集部件和/或光发射部件附近还设置有防尘除灰部件，该防尘除灰部件右旋使用气体吹扫机构或机械刷动机构，该防尘除灰部件可以由运算处理器控制自动开启或关闭运行；由于图像采集部件具有图像实时采集与监控作用，而待测物料所处环境光线一般比较昏暗，容易影响图像采集部件采集到清晰的图像，所以在本实施方式中还可以在待测物料所在空间内安装照明部件，可以使用可见光照明设备或红外线非可见光照明设备。

优选地，在本实施方式中，还可以给机器视觉料位计增加测温部件，优选使用红外或激光测温部件，安装在待测物料所在空间内，用于测量物料表面的温度信息；测温部件能够将测量到的温度信息发送给运算处理器，运算处理器再将温度信息通过信号输出部件输出。

优选地，在本实施方式中，若光发射部件发射的很多束平行光以及很多束倾斜光，图像采集部件就能够采集到包含若干平行光光斑和倾斜光光斑的图像，运算处理器通过使用现有的图像处理技术手段对这些具有若干光斑的图像进行运算处理后，就能够得到待测物料的三维立体图像，以更加直接的将物料信息展示给用户。运算处理器也可以根据多个倾斜光斑处的料位信息、多个表面倾斜角度信息，经过综合运算处理生成一个以上的综合料位信息或者一个以上的综合倾斜角度信息或者是平均值。

优选地，本实施方式中的图像采集部件还能够采集火焰或燃烧图像，并将这些图像发送给运算处理器，运算处理器再接收到这些图像之后就能够判断待测物料所在空间内待测物料着火了，就能够实时控制报警器报警或将图像通过信号输出部件输出给用户，使用户能够及时得知现场状况，及时采取措施；另外，本实施方式中的图像获取部件除了能够采集到平行光光斑和倾斜光光斑的图像外，还能够实时采集测量空间内的待测物料状况环境实景图像，并将这些图像传输给运算处理器，由运算处理器经信号输出部件输出供用户更加直观地了解测量空间内的物料状况。

另外，本实施方式中的平行光即可为平行的光线（如图2），也可为光柱中的平行边或者平行面（如图3）；倾斜光即可是一个倾斜光线（如图2），也可为光柱中一个倾斜边或者倾斜面（如图3）。

另外需要强调的是：真正意义上的平行光在现实中很难真正实现，本实施方式中的平行光也包括了在测量空间范围内接近真正平行光的光或者在测量范围内其发散对于本测量方法的影响可以忽略不计的接***行光的光。

实施方式2：

本实施方式为实施方式1的一个具体实施例，在本实施方式中，光发射部件和图像采集部件均设置在待测物料所在容器顶部，光发射部件用于向待测物料表面投射两束垂直于待测物料某一横截面的平行光以及一束与任意一束平行光呈预设夹角的倾斜光，且两束平行光和一束倾斜光照射到待测物料表面上后，对应的两平行光光斑和一倾斜光光斑位于同一直线上；

运算处理器用于根据两平行光之间的实际间距、倾斜光的光源与与其呈预设夹角的平行光之间的实际间距、预设夹角、两平行光光斑之间在图像中的图像间距以及倾斜光光斑与与其呈预设夹角的平行光光斑之间在图像中的图像间距，运算处理获得倾斜光的光斑位置处的待测物料的料位信息，并将料位信息信号传输给信号输出部件。

和/或，运算处理器用于根据待测物料的料位到达预设高度时，两平行光光斑之间在图像中的图像间距、两平行光光斑与倾斜光斑之间在图像中的图像间距，以及图像采集部件实时采集到的图像中，各两平行光光斑之间的图像间距、两平行光光斑与倾斜光光斑之间的图像间距，运算处理逻辑判断出待测物料是否到达预设高度，并将逻辑判断的结果信号传输给信号输出部件。

除此之外，本实施方式与实施方式1完全相同，此处不做赘述。

实施方式3：

本实施方式为实施方式2的进一步改进，主要改进之处在于，在实施方式2中，两平行光光斑与一倾斜光光斑位于同一直线上，但是当物料表面有坡度不是平面时，位于同一直线上的三个光斑很有可能所处的物料料位高度各不相同，这种情况下从上往下采集三者的图像时，很容易因为三个光斑距离图像采集部件的位置不同而导致采集图像时三个光斑的焦距不同，进而导致采集到的图像中三者的图像间距不能完全与实际间距对应，进而导致后续运算处理器运算处理得到的料位信息不精确；所以在本实施方式中，会选择位于同一直线并位于同一料位高度上的两个平行光光斑和一个倾斜光光斑作为图像采集部件的采集对象，这样就能够保证三者距离图像采集部件的高度相同，进而采集图像时焦距相同，采集到的图像不会失真，能够比较准确地反映三者之间的实际位置关系，最终运算处理器对该准确的图像处理得到精确的料位信息和/或逻辑判断结果。

除此之外，本实施方式与实施方式2完全相同，此处不做赘述。

实施方式4：

本实施方式与实施方式1大致相同，主要区别在于：在实施方式1中，光发射部件发射至少两束平行光和至少一束倾斜光，通过对平行光和倾斜光投射到待测物料上的光斑图像的采集，并对图像进行运算处理后能够得到倾斜光光斑位置处的待测物料的料位高度信息，和/或，对物料何时到达预设高度进行逻辑判断；但是在现场环境中，物料的表面一般是有一定坡度的，不同坡度处料位的高度不同，只测量到待测物料上某一个点的高度还远远不能反映物料的整体料位特征，不能对待测物料的料位进行全方位的监测；而在本实施方式中不仅能够对待测物料表面某一点的料位高度进行监测，而且能够对待测物料的表面倾斜度进行监测，以更全面直观地监测待测物料的料位信息。

具体地说，在本实施方式中，光发射部件能够向待测物料表面投射至少两束垂直于待测物料横截面的平行光以及至少两束与各平行光呈预设夹角的倾斜光；上述平行光和倾斜光照射到待测物料的表面形成光斑后，至少两个平行光光斑和至少一个倾斜光光斑位于同一直线上且沿待测物料同一倾斜表面的倾斜方向依次排列；图像采集部件采集上述位于同一直线上且沿待测物料同一倾斜表面的倾斜方向依次排列的至少两个平行光光斑和至少一个倾斜光光斑的图像，并发送给运算处理器，运算处理器再根据各平行光之间的实际间距、各倾斜光的光源与各平行光之间的实际间距、各预设夹角、各平行光光斑之间在图像中的图像间距以及各倾斜光光斑与各平行光光斑之间在图像中的图像间距，运算处理获得待测物料的表面倾斜度信息；显然，在获得表面倾斜度信息的同时，也能够获取各倾斜光光斑位置处的料位信息以及料位达到某一预设高度的逻辑判断结果。

除此之外，本实施方式与实施方式1完全相同，此处不做赘述。

实施方式5：

本实施方式与实施方式4大致相同，主要区别在于获取物料表面倾斜度的方式不同，且本实施方式中获取到的物料表面倾斜度的精度较高，因为物料表面有坡度时，位于同一直线同一倾斜表面上从上至下依次排列的各个光斑所处的物料料位高度各不相同，这种情况下从上往下采集各光斑的图像时，很容易因为各光斑距离图像采集部件的位置不同而导致采集图像时各光斑的焦距不同，进而导致采集到的图像中各光斑的图像间距不能完全与实际间距对应，进而导致后续运算处理器运算处理得到的料位信息不精确；而在本实施方式中能够避免上述误差。

具体地说，在本实施方式中，光发射部件能够向待测物料表面投射至少四束垂直于待测物料横截面的平行光以及至少两束与各平行光呈预设夹角的倾斜光；上述平行光和倾斜光照射到待测物料的表面形成光斑后，至少四个平行光光斑和至少两个倾斜光光斑均位于待测物料的同一倾斜表面上，且其中至少两个平行光光斑和至少一个倾斜光光斑位于第一直线、第一料位高度上，另外还有至少两个平行光光斑和至少一个倾斜光光斑位于第二直线、第二料位高度上，且位于第一直线上的两个平行光光斑的光线构成第一平面，位于第二直线上的两个平行光光斑的光线构成第二平面；图像采集部件采集上述第一直线、第一料位高度上以及第二直线、第二料位高度上的六个光斑的图像并发送给运算处理器，运算处理器再根据各平行光之间的实际间距、各倾斜光的光源与各平行光之间的实际间距、各预设夹角、两两平行光之间组成的各平面之间的实际间距、两两倾斜光的光源之间的高度差、各平行光光斑之间在图像中的图像间距以及各倾斜光光斑与各平行光光斑之间在图像中的图像间距，运算处理获得待测物料的表面倾斜度信息；显然，在获得表面倾斜度信息的同时，也能够获取各倾斜光光斑位置处的料位信息以及料位达到某一预设高度的逻辑判断结果。

可见，在上述情况下能够保证位于同一直线上的用于运算处理的各个光斑距离图像采集部件的高度相同，进而采集图像时焦距相同，采集到的图像不会失真，能够比较准确地反映各光斑之间的实际位置关系，最终获得比较准确的料位信息。

实施方式6：

本实施方式为实施方式1的进一步改进，主要改进之处在于，在本实施方式中，光发射部件不仅用于投射平行光和倾斜光，还用于投射垂直于平行光的辅助光，该辅助光的作用是为了辅助图像采集部件采集到光斑图像，因为通常待测物料所在空间内的灰尘较大，灰尘对平行光和倾斜光的具有散射作用，当平行光和倾斜光到达物料表面后，可能由于灰尘较大的缘故光斑已经很不清晰了，此时若直接使用图像采集部件对光斑图像进行采集，采集到的图像会模糊不清，最终会导致后续的运算结果误差较大，物料料位精确度较低；

基于上述原因，在本实施方式中给光发射部件设置了发射辅助光的功能，辅助光垂直于平行光，且辅助光能够与平行光和倾斜光产生交叉点，如图4，其好处在于：1、该交叉点处的光线相较于没有交叉点处强烈，所以该交叉点投射到待测物料表面后的光斑亮度会加强，从而能够保证图像采集部件采集到比较清晰的光斑图像；2、运算处理器只要采集辅助光光斑、平行光光斑和/或倾斜光光斑所在直线上两个以上斑点，就可以算出所在直线，进一步运算处理器可以计算出辅助光与平行光和倾斜光的交叉点从而获得计算所需的关键特征信息，进而为后续运算处理得到精确的待测物料的料位信息作了准备。

实施方式7：

本实施方式提供了一种使用实施方式1中的机器视觉料位计测量料位的方法，该方法包括以下步骤：

S1：向待测物料表面投射至少两束垂直于待测物料某一横截面的平行光以及至少一束与各平行光呈预设夹角的倾斜光，各平行光和各倾斜光照射到待测物料表面后对应形成平行光光斑和倾斜光光斑；

S2：预存各平行光之间的实际间距、各倾斜光的光源与各平行光之间的实际间距以及各倾斜光与横截面之间的实际夹角；

或者，预存待测物料的料位到达预设高度时，各平行光光斑之间在图像中的图像间距、各平行光光斑与各倾斜光斑之间在图像中的图像间距，以及图像采集部件实时采集到的图像中，各平行光光斑之间的图像间距、各平行光光斑与各倾斜光光斑之间的图像间距；

S3：采集各平行光光斑和各倾斜光光斑的图像；

S4：对图像进行运算处理，得到各平行光光斑之间在图像中的图像间距、各倾斜光光斑与各平行光光斑之间在图像中的图像间距；

S5：根据各平行光之间的实际间距、各倾斜光的光源与各平行光之间的实际间距以及各倾斜光与各平行光之间的实际夹角、各平行光光斑之间的图像间距、各倾斜光光斑与各平行光光斑之间的图像间距，运算处理获得各倾斜光的光斑位置处的待测物料的料位信息；

和/或，根据各平行光光斑之间在图像中的图像间距、各平行光光斑与各倾斜光斑之间在图像中的图像间距，以及图像采集部件实时采集到的图像中，各平行光光斑之间的图像间距、各平行光光斑与各倾斜光光斑之间的图像间距，运算处理逻辑判断出待测物料是否到达预设高度；

S6：将料位信息和/或逻辑判断的结果信号输出。

实施方式8：

本实施方式为实施方式7的一个具体实施例，本实施例包含以下步骤：

S1，向待测物料表面投射至少两束垂直于待测物料某一横截面的平行光以及至少一束与各平行光呈预设夹角的倾斜光，各平行光和各倾斜光照射到待测物料表面后对应形成平行光光斑和倾斜光光斑；选择其中位于同一直线上的至少两个平行光光斑和至少一个倾斜光光斑作为参考平行光光斑和参考倾斜光光斑；

如图5、6和7所示，定义位于同一直线上的参考倾斜光光斑A为第一参考倾斜光光斑、两个参考平行光光斑（B和C）分别为第一参考平行光光斑和第二参考平行光光斑（此时A、B和C三个光斑依次排列）；其中S1、S2和S3分别为第一参考倾斜光光斑A的光源、第一参考平行光光斑B的光源以及第二参考平行光光斑B的光源。

S2，预存第一参考平行光光斑B的光线S2B和第二参考平行光光斑C的光线S3C之间的实际间距D1、第一参考倾斜光光斑A的光源与第二参考平行光光斑C的光线之间的实际间距T1、第一参考倾斜光S1A与第二参考平行光S3C之间的实际夹角θ；（注：这里所说的实际间距不是通常意义上的点到线的垂直距离，而是从上往下看的平面间距，由于图2中的各光源及图像采集部件均位于待测物料上方，所以上述的D1和T1均为从图像采集部件向下观察得到的平面距离，以下叙述中关于实际间距的说明，如无特别说明，与这里的意思相同）

S3：实时采集第一参考平行光光斑B、第二参考平行光光斑C以及第一参考倾斜光光斑A的图像；

S4：对上图像进行运算处理，得到第一参考平行光光斑B和第二参考平行光光斑C之间在图像中的图像间距D1′、第一参考倾斜光光斑A与第二参考平行光光斑C之间在图像中的图像间距D2′；

S5：根据D1、T1、θ、D1′以及D2′运算处理得到第一参考倾斜光光斑A位置处的待测物料的料位信息。

此处待测物料的料位信息用第一参考倾斜光光斑A到第一参考倾斜光光斑A的光源S1之间的间距HA表示，则HA=（D2′*D1/D1′-T1）/tanθ；

如图7，若T1为第一参考倾斜光光斑A的光源与第一参考平行光光斑B的光线之间的实际间距、θ为第一参考倾斜光S1A与第一参考平行光S2B之间的实际夹角、D2′为第一参考倾斜光光斑A与第一参考平行光光斑B之间在图像中的图像间距，则HA=（T1-D2′*D1/D1′）/tanθ；

所以计算HA的公式可以总结为HA=|D2′*D1/D1′-T1|/tanθ；

S6：将上述HA信号输出。

实施方式9：

本实施方式为实施方式8的进一步改进，主要改进之处在于，在实施方式8中，第一参考倾斜光光斑A、第一参考平行光光斑B和第二参考平行光光斑C仅仅是位于同一直线上，该直线可能是沿待测物料表面一个坡度下去的直线，此时A、B和C三点就位于不同的料位高度处，如图6或7，这种情况下从上往下采集三者的图像时，很容易因为三个光斑距离图像采集部件的位置不同而导致采集图像时三个光斑的焦距不同，进而导致采集到的图像中三者的图像间距不能完全与实际间距对应，进而导致后续运算处理器运算处理得到的料位信息不精确。而本实施方式中的第一参考倾斜光光斑A、第一参考平行光光斑B和第二参考平行光光斑C不仅位于同一直线上，而且位于待测物料的同一料位高度，如图8所示，在这种情况下就能够保证三者距离图像采集部件的高度相同，进而采集图像时焦距相同，采集到的图像不会失真，能够比较准确地反映三者之间的实际位置关系。

除此之外，由于本实施方式中计算HA的公式及其它技术特征与实施方式8中完全相同，所以此处不做赘述。

实施方式10：

本实施方式也是实施方式7的一个具体实施例，本实施例包含以下步骤：

S1，向待测物料表面投射至少两束垂直于待测物料某一横截面的平行光以及至少一束与各平行光呈预设夹角的倾斜光，各平行光和各倾斜光照射到待测物料表面后对应形成平行光光斑和倾斜光光斑；选择其中位于同一直线上的至少两个平行光光斑和至少一个倾斜光光斑作为参考平行光光斑和参考倾斜光光斑；

如图9所示，定义位于同一直线上的参考倾斜光光斑A为第一参考倾斜光光斑、两个参考平行光光斑（B和C）分别为第一参考平行光光斑和第二参考平行光光斑；其中S1、S2和S3分别为第一参考倾斜光光斑A的光源、第一参考平行光光斑B的光源以及第二参考平行光光斑B的光源；

S2：预存待测物料的料位到达预设高度h时，第一参考平行光光斑B的光线S2B和第二参考平行光光斑C的光线S3C之间的图像间距D1、第一参考倾斜光光斑A与第一参考平行光光斑B之间的图像间距D2；

S3：实时采集第一参考平行光光斑B、第二参考平行光光斑C以及第一参考倾斜光光斑A的图像；

S4：对上述图像进行运算处理，得到第一参考平行光光斑B与第二参考平行光光斑C之间的图像间距为D1′、第一参考倾斜光光斑A与第一参考平行光光斑B之间的图像间距为D2′；

S5，若在某一时刻，D1′/D2′等于或大于D1/D2，则运算处理逻辑判断出此刻待测物料的料位到达h。

S6：将上述逻辑判断的结果信号输出。

实施方式11：

本实施方式为实施方式10的进一步改进，主要改进之处在于，在实施方式10中，第一参考倾斜光光斑A、第一参考平行光光斑B和第二参考平行光光斑C仅仅是位于同一直线上，该直线可能是沿待测物料表面的倾斜方向下去的直线，此时A、B和C三点就位于不同的料位高度处，如图9，这种情况下从上往下采集三者的图像时，很容易因为三个光斑距离图像采集部件的位置不同而导致采集图像时三个光斑的焦距不同，进而导致采集到的图像中三者的图像间距不能完全与实际间距对应，进而导致后续运算处理器运算处理得到的D1′/D2′与D1/D2不能完全对应。而本实施方式中的第一参考倾斜光光斑A、第一参考平行光光斑B和第二参考平行光光斑C不仅位于同一直线上，而且位于待测物料的同一料位高度，如图10所示，在这种情况下就能够保证三者距离图像采集部件的高度相同，进而采集图像时焦距相同，采集到的图像不会失真，能够比较准确地反映三者之间的实际位置关系。

除此之外，本实施方式与实施方式10中完全相同，所以此处不做赘述。

实施方式12：

本实施方式也是实施方式7的一个具体实施例，本实施例包含以下步骤：

S1，向待测物料表面投射至少两束垂直于待测物料某一横截面的平行光以及至少两束与各平行光呈预设夹角的倾斜光，各平行光和各倾斜光照射到待测物料表面后对应形成平行光光斑和倾斜光光斑；选择其中位于同一直线且沿待测物料同一倾斜表面的倾斜方向依次排列的至少两个平行光光斑和至少两个倾斜光光斑作为参考平行光光斑和参考倾斜光光斑；

如图11所示，定义位于同一直线且沿待测物料同一倾斜表面的倾斜方向依次排列的两个参考平行光光斑分别为第一参考平行光光斑C和第二参考平行光光斑D、两个参考倾斜光光斑分别为第一参考倾斜光光斑A和第二参考倾斜光光斑B（此时C、A、D和B四个光斑依次排列）；其中S1、S2、S3和S4分别为第一参考倾斜光光斑A的光源、第二参考倾斜光光斑B的光源、第一参考平行光光斑C的光源以及第二参考平行光光斑D的光源；

S2：预存第一参考平行光光斑C的光线S3C与第二参考平行光光斑D的光线S4D之间的实际间距D1、第一参考倾斜光光斑A的光源S1与第一参考平行光光斑C的光线S3C之间的实际间距T1、第二参考倾斜光光斑B的光源S2与第二参考平行光光斑D的光线S4D之间的实际间距T2、第一参考倾斜光光斑A的光线S1A与第一参考平行光光斑C的光线S3C之间的实际夹角θ1、第二参考倾斜光光斑B的光线S2B与第二参考平行光光斑D的光线S4D之间的实际夹角θ2；

S3：采集第一参考平行光光斑C、第二参考平行光光斑D、第一参考倾斜光光斑A以及第二参考倾斜光光斑B的图像；

S4：对上述图像进行运算处理得到第一参考平行光光斑C与第二参考平行光光斑D在图像上的图像间距D1′、第一参考倾斜光光斑A与第一参考平行光光斑C在图像上的图像间距D2′、第二参考倾斜光光斑B与第二参考平行光光斑D在图像上的图像间距D3′；

S5：根据D1、T1、T2、θ1、θ2、D1′、D2′和D3′通过简单的三角函数算法即能够运算处理得到待测物料的表面倾斜度信息；

假设待测物料的倾斜面与底面之间的倾角为f，则

tanf=((D3′*D1/D1′-T2)/tanθ2-(D2′*D1/D1′-T1)/tanθ1)/(D3′*D1/D1′-D2′*D1/D1′)

若A、C、D和B四个光斑依次排列，如图12，则

tanf=((D3′*D1/D1′-T2)/tanθ2-(D2′*D1/D1′-T1)/tanθ1)/(D3′*D1/D1′+D2′*D1/D1′)

所以计算tanf的公式可以总结为：

tanf=((D3′*D1/D1′-T2)/tanθ2-(D2′*D1/D1′-T1)/tanθ1)/(D3′*D1/D1′±D2′*D1/D1′)

即：当两个倾斜光位于两平行光同一方向为减法，当两个倾斜光位于两平行光相反方向时，为加法。

实施方式13：

本实施方式也是实施方式7的一个具体实施例，也是实施方式12的进一步改进，在实施方式12中，第一参考倾斜光光斑A、第二参考倾斜光光斑B、第一参考平行光光斑C和第二参考平行光光斑D位于同一直线、同一倾斜表面上，上述同一直线是沿待测物料的倾斜表面的倾斜方向下去的，此时四个光斑就分别位于不同的料位高度处，如图11或12，这种情况下从上往下采集该直线上的四个光斑图像时，很容易因为该直线上的四个光斑距离图像采集部件的距离不同而导致采集图像时四个光斑的焦距不同，进而导致采集到的图像中该直线上的四个光斑的图像间距不能完全与实际间距对应，进而导致后续运算处理器运算处理得到的各光斑之间的图像间距与实际间距之间不能完全对应，导致测量结果不精确。而本实施方式中会向待测物料表面投射至少四束平行光和至少两束倾斜光，通过至少四束平行光和至少两束倾斜光运算得到更加精确的物料表面倾斜度。具体地说，本实施例包含以下步骤：

S1，向待测物料表面投射至少四束垂直于待测物料某一横截面的平行光以及至少两束与各平行光呈预设夹角的倾斜光，各平行光和各倾斜光照射到待测物料表面后对应形成平行光光斑和倾斜光光斑；选择其中位于待测物料同一倾斜表面、第一直线且第一料位高度上的至少两个平行光光斑和至少一个倾斜光光斑作为参考平行光光斑和参考倾斜光光斑，并选择位于上述同一倾斜表面、第二直线且第二料位高度上的另外至少两个平行光光斑和至少一个倾斜光光斑作为另外的参考平行光光斑和参考倾斜光光斑；

如图13和14所示，定义位于第一直线、第一料位高度上的两个参考平行光光斑分别为第一参考平行光光斑C和第二参考平行光光斑D、一个参考倾斜光光斑为第一参考倾斜光光斑A，位于第二直线、第二料位高度上的两个参考平行光光斑分别为第三参考平行光光斑E和第四参考平行光光斑F、一个参考倾斜光光斑为第二参考倾斜光光斑B；（此时A、C和D位于同一直线，以及B、E和F依次排列）；其中，第一参考平行光光斑C的光线与第二参考平行光光斑D的光线构成的第一平面平行于第三参考平行光光斑E的光线与第四参考平行光光斑F的光线构成的第二平面，S1、S2、S3、S4、S5和S6分别为第一参考倾斜光光斑A的光源、第二参考倾斜光光斑B的光源、第一参考平行光光斑C的光源、第二参考平行光光斑D的光源、第三参考平行光光斑E的光源、第四参考平行光光斑F的光源；

S2：预存第一参考平行光光斑C的光线S3C与第二参考平行光光斑D的光线S4D之间的实际间距D1、第三参考平行光光斑E的光线S5E与第四参考平行光光斑F的光线S6F之间的实际间距D2、第一参考倾斜光光斑A的光源S1与第一参考平行光光斑C的光线S3C之间的实际间距T1、第二参考倾斜光光斑B的光源S2与第三参考平行光光斑E的光线S5E之间的实际间距T2、第一参考倾斜光光斑A的光线S1A与第一参考平行光光斑C的光线S3C之间的实际夹角θ1、第二参考倾斜光光斑B的光线S2B与第三参考平行光光斑E的光线S5E之间的实际夹角θ2、第一平面与第二平面之间的实际间距K、第一参考倾斜光光斑A的光源S1与第二参考倾斜光光斑B的光源S2之间的高度差ΔH；

S3：采集第一参考平行光光斑C、第二参考平行光光斑D、第三参考平行光光斑E、第四参考平行光光斑F、第一参考倾斜光光斑A以及第二参考倾斜光光斑B的图像；

S4：对上述图像进行运算处理得到第一参考平行光光斑C与第二参考平行光光斑D在图像上的图像间距D1′、第三参考平行光光斑E与第四参考平行光光斑F在图像上的图像间距D2′、第一参考倾斜光光斑A与第一参考平行光光斑C在图像上的图像间距D3′、第二参考倾斜光光斑B与第三参考平行光光斑E在图像上的图像间距D4′；

S5：根据D1、D2、T1、T2、θ1、θ2、K、ΔH、D1′、D2′、D3′和D4′通过简单的三角函数算法即能够运算处理得到待测物料的表面倾斜度信息；

假设待测物料的倾斜面与底面之间的倾角为f，则

tanf=(|(D4′*D2/D2′-T2)/tanθ2-(D3′*D1/D1′-T1)/tanθ1|-ΔH)/K

通过上述论述可见，本实施方式中的第一参考倾斜光光斑A、第一参考平行光光斑C和第二参考平行光光斑D不仅位于同一倾斜表面、第一直线上，而且均位于待测物料的第一料位高度（即第一直线位于第一料位高度的位置），第二参考倾斜光光斑B、第三参考平行光光斑E和第四参考平行光光斑F不仅位于上述同一倾斜表面、第二直线上，而且均位于待测物料的第二料位高度（即第二直线位于第二料位高度的位置），在这种情况下就能够保证第一直线上的三个光斑距离图像采集部件的高度相同，第二直线上的三个光斑距离图像采集部件的高度也相同，进而采集图像时焦距相同，采集到的图像不会失真，能够比较准确地反映各光斑之间的实际位置关系，进而使最终的测量结果更加精确。

上述各实施方式只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (26)

1.一种机器视觉料位计，其特征在于，包括光发射部件、图像采集部件、运算处理器和信号输出部件，所述光发射部件和所述图像采集部件均设置在待测物料所在测量空间内，所述运算处理器分别连接所述图像采集部件和所述信号输出部件；

所述光发射部件用于向所述待测物料表面投射至少两束平行光以及至少一束与各所述平行光呈预设夹角的倾斜光；

所述图像采集部件用于采集各所述平行光和各所述倾斜光照射到所述待测物料表面后形成的平行光光斑和倾斜光光斑的图像，并将所述图像发送给所述运算处理器；

所述运算处理器用于根据各所述平行光之间的实际间距、各所述倾斜光的光源与各所述平行光之间的实际间距、各所述预设夹角、各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距以及各所述倾斜光光斑与各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距，运算处理获得各所述倾斜光的光斑位置处的所述待测物料的料位信息，并将所述料位信息信号传输给所述信号输出部件；

和/或，所述运算处理器用于根据所述待测物料的料位到达预设高度时，各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距、各所述平行光光斑与各所述倾斜光斑之间在所述图像中的图像间距，以及所述图像采集部件实时采集到的图像中，各平行光光斑之间的图像间距、各所述平行光光斑与各所述倾斜光光斑之间的图像间距，运算处理逻辑判断出所述待测物料是否到达所述预设高度，并将所述逻辑判断的结果信号传输给所述信号输出部件；

所述信号输出部件用于将所述料位信息和/或所述逻辑判断的结果信号输出。

2.根据权利要求1所述的机器视觉料位计，其特征在于，在各所述平行光光斑和各所述倾斜光光斑中，至少有两个所述平行光光斑和一个所述倾斜光光斑位于同一直线。

3.根据权利要求2所述的机器视觉料位计，其特征在于，所述位于同一直线上的两个所述平行光光斑和一个所述倾斜光光斑均位于所述待测物料的同一料位高度。

4.根据权利要求1所述的机器视觉料位计，其特征在于，

若所述光发射部件向所述待测物料表面投射至少两束的平行光以及至少两束与各所述平行光呈预设夹角的倾斜光；

则所述运算处理器根据各所述平行光之间的实际间距、各所述倾斜光的光源与各所述平行光之间的实际间距、各所述预设夹角、各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距、各所述倾斜光光斑与各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距，运算处理获得所述待测物料的表面倾斜度信息，并将所述表面倾斜度信息信号传输给所述信号输出部件；

所述信号输出部件将所述料位信息、所述逻辑判断的结果和/或所述表面倾斜度信息信号输出。

5.根据权利要求4所述的机器视觉料位计，其特征在于，在至少两个所述平行光光斑和至少两个所述倾斜光光斑中，至少两个所述平行光光斑和至少两个所述倾斜光光斑位于同一直线且沿所述待测物料同一倾斜表面的倾斜方向依次排列。

6.根据权利要求1所述的机器视觉料位计，其特征在于，

若所述光发射部件向所述待测物料表面投射至少四束平行光以及至少两束与各所述平行光呈预设夹角的倾斜光；

则所述运算处理器根据各所述平行光之间的实际间距、各所述倾斜光的光源与各所述平行光之间的实际间距、各所述预设夹角、两两所述平行光之间组成的各平面之间的实际间距、两两所述倾斜光的光源之间的高度差、各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距以及各所述倾斜光光斑与各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距，运算处理获得所述待测物料的表面倾斜度信息，并将所述表面倾斜度信息信号传输给所述信号输出部件；

所述信号输出部件将所述料位信息、所述逻辑判断的结果和/或所述表面倾斜度信息信号输出。

7.根据权利要求6所述的机器视觉料位计，其特征在于，在至少四个所述平行光光斑和至少两个所述倾斜光光斑中，至少四个所述平行光光斑和至少两个所述倾斜光光斑均位于所述待测物料同一倾斜表面，且至少两个所述平行光光斑和至少一个所述倾斜光光斑位于第一直线、第一料位高度上，另外还有至少两个所述平行光光斑和至少一个所述倾斜光光斑位于第二直线、第二料位高度上；位于所述第一直线上的两个所述平行光光斑的光线构成第一平面，位于所述第二直线上的两个所述平行光光斑的光线构成第二平面，所述第一平面与所述第二平面平行。

8.根据权利要求1~7中任一项所述的机器视觉料位计，其特征在于，还包括减震稳定部件，所述减震稳定部件与所述光发射部件和/或所述图像采集部件有效接触。

9.根据权利要求8所述的机器视觉料位计，其特征在于，所述减震稳定部件为机械被动式或陀螺仪主动控制式。

10.根据权利要求1~7中任一项所述的机器视觉料位计，其特征在于，还包括防尘除灰部件，所述防尘除灰部件位于所述图像采集部件和/或所述光发射部件附近且与所述运算处理器相连。

11.根据权利要求10所述的机器视觉料位计，其特征在于，所述防尘除灰部件为气体吹扫机构或机械刷动机构。

12.根据权利要求1~7中任一项所述的机器视觉料位计，其特征在于，还包括照明部件，所述照明部件固定在所述待测物料所在容器内部且与所述运算处理器连接。

13.根据权利要求12所述的机器视觉料位计，其特征在于，所述照明部件为可见光照明设备或红外线非可见光照明设备。

14.根据权利要求1~7、9、11或13中任一项所述的机器视觉料位计，其特征在于，还包括红外或者激光原理的测温部件，用于远距离测量物料表面的温度信息，所述测温部件与所述运算处理器连接，所述测温部件将所述温度信息发送给所述运算处理器，所述运算处理器再将所述温度信息通过所述信号输出部件输出。

15.根据权利要求1~7、9、11或13中任一项所述的机器视觉料位计，其特征在于，所述光发射部件还用于投射垂直于所述平行光的辅助光。

16.根据权利要求1~7、9、11或13中任一项所述的机器视觉料位计，其特征在于，所述运算处理器还用于对所述图像进行运算处理得到所述待测物料的三维立体图像，并将所述三维立体图像经所述信号输出部件输出。

17.根据权利要求1~7、9、11或13中任一项所述的机器视觉料位计，其特征在于，所述图像采集部件还用于采集火焰或燃烧图像，并将火焰或燃烧图像发送给所述运算处理器，所述运算处理器还用于在接收到所述火焰或燃烧图像时控制外接报警器报警，或者所述运算处理器将所述火焰或燃烧图像经所述信号输出部件输出。

18.根据权利要求1~7、9、11或13中任一项所述的机器视觉料位计，其特征在于，所述图像获取部件还用于采集所述测量空间内的环境图像，并将所述环境图像发送给所述运算处理器，所述运算处理器再将所述环境图像通过所述信号输出部件输出。

19.一种如权利要求1所述的机器视觉料位计测量料位的方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1：向所述待测物料表面投射至少两束平行光以及至少一束与各所述平行光呈预设夹角的倾斜光，各所述平行光和各所述倾斜光照射到所述待测物料表面后对应形成平行光光斑和倾斜光光斑；

S2：预存各所述平行光之间的实际间距、各所述倾斜光的光源与各所述平行光之间的实际间距以及各所述倾斜光与各所述平行光之间的实际夹角；

或者，预存所述待测物料的料位到达预设高度时，各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距、各所述倾斜光光斑与各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距；

S3：采集各所述平行光光斑和各所述倾斜光光斑的图像；

S4：对所述图像进行运算处理，得到各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距、各所述倾斜光光斑与各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距；

S5：根据各所述平行光之间的实际间距、各所述倾斜光的光源与各所述平行光之间的实际间距以及各所述倾斜光与各所述平行光之间的实际夹角、各所述平行光光斑之间的图像间距以及各所述倾斜光光斑与各所述平行光光斑之间的图像间距，运算处理获得各所述倾斜光的光斑位置处的所述待测物料的料位信息；

和/或，根据所述待测物料的料位到达预设高度时，各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距、各所述平行光光斑与各所述倾斜光斑之间在所述图像中的图像间距，以及所述图像采集部件实时采集到的图像中，各平行光光斑之间的图像间距、各所述平行光光斑与各所述倾斜光光斑之间的图像间距，运算处理逻辑判断出所述待测物料是否到达所述预设高度；

S6：将所述料位信息和/或所述逻辑判断的结果信号输出。

20.根据权利要求19所述的机器视觉料位计测量料位的方法，其特征在于，

在所述S1中，选择其中位于同一直线上的至少两个所述平行光光斑和至少一个所述倾斜光光斑作为参考平行光光斑和参考倾斜光光斑，并定义任一所述参考倾斜光光斑为第一参考倾斜光光斑、任意两个所述参考平行光光斑分别为第一参考平行光光斑和第二参考平行光光斑；

则在所述S2中，预存所述第一参考平行光光斑的光线和所述第二参考平行光光斑的光线之间的实际间距D1、所述第一参考倾斜光光斑的光源与所述第一参考平行光光斑的光线或所述第二参考平行光光斑的光线之间的实际间距T1、所述第一参考倾斜光与所述第一参考平行光或所述第二参考平行光之间的实际夹角θ；

在所述S3中：实时采集所述第一参考平行光光斑、所述第二参考平行光光斑以及所述第一参考倾斜光光斑的图像；

在所述S4中：对所述图像进行运算处理，得到所述第一参考平行光光斑和所述第二参考平行光光斑之间在所述图像中的图像间距D1′、所述第一参考倾斜光光斑与所述第一参考平行光光斑或所述第二参考平行光光斑之间在所述图像中的图像间距D2′；

在所述S5中：根据所述D1、所述T1、所述θ、所述D1′以及所述D2′运算处理得到所述第一参考倾斜光光斑位置处的所述待测物料的料位信息。

21.根据权利要求19所述的机器视觉料位计测量料位的方法，其特征在于，

在所述S1中，选择其中位于同一直线上的至少两个所述平行光光斑和至少一个所述倾斜光光斑作为参考平行光光斑和参考倾斜光光斑；并定义任一所述参考倾斜光光斑为第一参考倾斜光光斑、任意两个所述参考平行光光斑分别为第一参考平行光光斑和第二参考平行光光斑；

在所述S2中：预存所述待测物料的料位到达预设高度h时，所述第一参考平行光光斑的光线和第二参考平行光光斑的光线之间的图像间距D1、所述第一参考倾斜光光斑与所述第一参考平行光光斑或所述第二参考平行光光斑之间的图像间距D2；

在所述S3中：实时采集所述第一参考平行光光斑、所述第二参考平行光光斑以及所述第一参考倾斜光光斑的图像；

在所述S4中：对所述图像进行运算处理，得到所述第一参考平行光光斑与所述第二参考平行光光斑之间的图像间距为D1′、所述第一参考倾斜光光斑与所述第一参考平行光光斑或所述第二参考平行光光斑之间的图像间距为D2′；

在所述S5中，若在某一时刻，D1′/D2′等于或大于所述D1/D2，则运算处理逻辑判断出此刻所述待测物料的料位到达所述h。

22.根据权利要求20或21所述的机器视觉料位计测量料位的方法，其特征在于，所述第一参考倾斜光光斑、所述第一参考平行光光斑以及所述第二参考平行光光斑均位于所述待测物料的同一料位高度。

23.根据权利要求19所述的机器视觉料位计测量料位的方法，其特征在于，若在所述S1中，向所述待测物料表面投射至少两束平行光以及至少两束与各所述平行光呈预设夹角的倾斜光；

则在所述S5中，根据各所述平行光之间的实际间距、各所述倾斜光的光源与各所述平行光之间的实际间距、各所述倾斜光与各所述平行光之间的实际夹角、各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距、各所述倾斜光光斑与各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距，运算处理获得所述待测物料的表面倾斜度信息；

在所述S6中，将所述料位信息、所述逻辑判断的结果和/或所述表面倾斜度信息信号输出。

24.根据权利要求23所述的机器视觉料位计测量料位的方法，其特征在于，

在所述S1中，选择其中位于同一直线且沿所述待测物料同一倾斜表面的倾斜方向依次排列的至少两个所述平行光光斑和至少两个所述倾斜光光斑作为参考平行光光斑和参考倾斜光光斑，并定义任意两个所述参考平行光光斑分别为第一参考平行光光斑和第二参考平行光光斑、任意两个所述参考倾斜光光斑分别为第一参考倾斜光光斑和第二参考倾斜光光斑；

在所述S2中：预存所述第一参考平行光光斑的光线与所述第二参考平行光光斑的光线之间的实际间距D1、所述第一参考倾斜光光斑的光源与所述第一参考平行光光斑的光线或所述第二参考平行光光斑的光线之间的实际间距T1、所述第二参考倾斜光光斑的光源与所述第一参考平行光光斑的光线或所述第二参考平行光光斑的光线之间的实际间距T2、所述第一参考倾斜光光斑的光线与所述第一参考平行光光斑的光线或所述第二参考平行光光斑的光线之间的实际夹角θ1、所述第二参考倾斜光光斑的光线与所述第一参考平行光光斑的光线或所述第二参考平行光光斑的光线之间的实际夹角θ2；

在所述S3中：采集所述第一参考平行光光斑、第二参考平行光光斑、所述第一参考倾斜光光斑以及所述第二参考倾斜光光斑的图像；

在所述S4中：对所述图像进行运算处理得到所述第一参考平行光光斑与所述第二参考平行光光斑在所述图像上的图像间距D1′、所述第一参考倾斜光光斑与所述第一参考平行光光斑或所述第二参考平行光光斑在所述图像上的图像间距D2′、所述第二参考倾斜光光斑与所述第一参考平行光光斑或所述第二参考平行光光斑在所述图像上的图像间距D3′；

在所述S5中：根据所述D1、所述T1、所述T2、所述θ1、所述θ2、所述D1′、所述D2′和所述D3′运算处理得到所述待测物料的表面倾斜度信息。

25.根据权利要求19所述的机器视觉料位计测量料位的方法，其特征在于，若在所述S1中，向所述待测物料表面投射至少四束平行光以及至少两束与各所述平行光呈预设夹角的倾斜光；

则在所述S5中，根据各所述平行光之间的实际间距、各所述倾斜光的光源与各所述平行光之间的实际间距、各所述倾斜光与各所述平行光之间的实际夹角、两两所述平行光之间组成的各平面之间的实际间距、两两所述倾斜光的光源之间的高度差、各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距、各所述倾斜光光斑与各所述平行光光斑之间在所述图像中的图像间距，运算处理获得所述待测物料的表面倾斜度信息；

在所述S6中，将所述料位信息、所述逻辑判断的结果和/或所述表面倾斜度信息信号输出。

26.根据权利要求25所述的机器视觉料位计测量料位的方法，其特征在于，

在所述S1中，选择其中位于第一直线、第一料位高度上的至少两个所述平行光光斑和至少一个所述倾斜光光斑以及位于第二直线、第二料位高度上的至少两个所述平行光光斑和至少一个所述倾斜光光斑作为参考平行光光斑和参考倾斜光光斑，且所述第一直线与所述第二直线平行，并定义位于所述第一直线上的任意两个所述参考平行光光斑分别为第一参考平行光光斑和第二参考平行光光斑、任意一个所述参考倾斜光光斑为第一参考倾斜光光斑，定义位于所述第二直线上的任意两个所述参考平行光光斑分别为第三参考平行光光斑和第四参考平行光光斑、任意一个所述参考倾斜光光斑为第二参考倾斜光光斑；所述第一参考平行光光斑、所述第二参考平行光光斑、所述第三参考平行光光斑、所述第四参考平行光光斑、所述第一参考倾斜光光斑以及所述第二参考倾斜光光斑均位于所述待测物料的同一倾斜表面上，所述第一参考平行光光斑的光线与所述第二参考平行光光斑的光线构成的第一平面平行于所述第三参考平行光光斑的光线与所述第四参考平行光光斑的光线构成的第二平面；

在所述S2中：预存所述第一参考平行光光斑的光线与所述第二参考平行光光斑的光线之间的实际间距D1、所述第三参考平行光光斑的光线与所述第四参考平行光光斑的光线之间的实际间距D2、所述第一参考倾斜光光斑的光源与所述第一参考平行光光斑的光线或所述第二参考平行光光斑的光线之间的实际间距T1、所述第二参考倾斜光光斑的光源与所述第三参考平行光光斑的光线或所述第四参考平行光光斑的光线之间的实际间距T2、所述第一参考倾斜光光斑的光线与所述第一参考平行光光斑的光线或所述第二参考平行光光斑的光线之间的实际夹角θ1、所述第二参考倾斜光光斑的光线与所述第三参考平行光光斑的光线或所述第四参考平行光光斑的光线之间的实际夹角θ2、所述第一平面与所述第二平面之间的实际间距K、所述第一参考倾斜光光斑的光源与所述第二参考倾斜光光斑的光源之间的高度差ΔH；

在所述S3中：采集所述第一参考平行光光斑、所述第二参考平行光光斑、所述第三参考平行光光斑、所述第四参考平行光光斑、所述第一参考倾斜光光斑以及所述第二参考倾斜光光斑的图像；

在所述S4中：对所述图像进行运算处理得到所述第一参考平行光光斑与所述第二参考平行光光斑在所述图像上的图像间距D1′、所述第三参考平行光光斑与所述第四参考平行光光斑在所述图像上的图像间距D2′、所述第一参考倾斜光光斑与所述第一参考平行光光斑或所述第二参考平行光光斑在所述图像上的图像间距D3′、所述第二参考倾斜光光斑与所述第三参考平行光光斑或所述第四参考平行光光斑在所述图像上的图像间距D4′；

在所述S5中：根据所述D1、所述D2、所述T1、所述T2、所述θ1、所述θ2、所述K、所述ΔH、所述D1′、所述D2′、所述D3′和所述D4′运算处理得到所述待测物料的表面倾斜度信息。