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图像传感器的测量方法

  录入时间:2020-08-17 【打印此页】 【关闭

目前图像技能在液位测量中的应用较为广泛。在液位测量办法研讨方面,文献[1]通过检测液面与标杆的交点 来测量液位,选用布景实时更新的办法以习惯光线改动或场景本身的改动来减少环境要素对测量液面高度的影响;文献[2]提出对搜集的容器内液面图像选用积分投影法判别液位线,并通过Hough变换、链码 跟踪+曲线拟合对液面高度完结精确定位,然后得到液面的高度。文献[3~4]则根据固定摄像头搜集的容器内液面图像面积与液面高度的函数联络取得液位信息;也有文献提出了在测量溶液密度时,搜集浓度 计的刻度图像并通过图像校正和边沿检测判别液面高度[5~6]。本文根据封闭储罐的特色,考虑液面晃动的要素,规划出了一套高精度的液位测量系统,并对液面晃动时的液位测量提出了一种新式算法。本 文将激光笔以必定视点在储罐上方射入储罐中,使光束与液面有交点,用摄像头搜集图像。液面高度的不同将使激光光束与液面的交点方位产生改动,根据液面光束构成的光斑中心方位与液面高度的联络, 便可得知液位信息。当储罐遭到外部扰动使液面产生晃动时,液面高度将出现周期性振动[7]。为此,咱们首要判别液面晃动的振动周期,在一个周期内对数据进行处理,完结液位的非接触高精度测量。2液 位测量原理2.1系统组成本系统由CMOS图像传感器、激光光源、pc机等组成。图像传感器选用USB2.0接口,像素为640480,即插即用,无需图像搜集卡;激光光源选用波长为630~680nm赤色激光,功率小于5mW, 以保证测量系统的安全可靠性;图像分析处理选用Matlab软件。2.2测量原理图1检测系统设备示意图测量系统如图1所示设备:CMOS摄像头设备在O点,其光轴与液面笔直,入射光源设备在L点,与水平面的夹 角为,CMOS摄像头与光源之间的水平距离为R,光轴与入射光线在同一平面上[8]。光斑中心N对应成像方位A,OA=x,N点距光轴距离为y,咱们只需找出y与液位h的联络就可通过OA(即x)求取出液位信息h。(设 储罐的总高度为H,透镜的焦距为f)。如图1所示:y=R-NQ;NQ=LQcot;LQ=H-h;因此:y=R-(H-h)cot(1)由于:OOA~PON所以有:xf=yH-h(2)可得到如下联络:h=H-Rfx+fcot(3)上式中,,R,f三个参数可以通过参数标 定的办法来解决。令:X=H-h,Y=xX,k=fcot,b=Rf上式可以表示为:Y+kX=b(4)根据最小二乘法,搜集n组数据根据式(5)和式(6)对不知道参数k和b进行标定[9]。k=-ni=1xiyi-n-x-yni=1xi2-n(-x)2(5)b=-y-1- x(6)因此便可标定出b和k的值。然后有:h=H-bx+k(7)3激光光束与液面交点方位提取图2所示为对搜集的储罐内液面图像进行亮度和灰度变换,得到取值规模为[01]的亮度图像。由于光束遭到液体的散射作 用,将在液体中构成光线M,根据检测系统中激光笔与摄像头设备的方位联络,可知光线M右侧光斑B为激光光束与液面的交点。本图像是在储罐高度较小时拍摄,光线M左边光斑A点为储罐底部光斑,图像中最 右侧的C点为液面对光束反射所构成的光斑。1)提取光斑B图2中,光线M与光斑B相连,由于液面存在尘埃对光束产生漫反射,然后产生光斑B,而且B远远大于光线M的宽度。光束在没有液面尘埃烦扰的状况 下,B点将不存在,光线M的左边顶端为光束与液面的交点。对取值规模为[01]的亮度图像计算光束M宽度方向的像素均值作为阈值,以此阈值对图像中入射光斑的提取[10],所得效果如图3所示。2)提取光斑B 的形心图4入射光斑方位提取激光笔射出的光束为圆柱形,以必定

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