基于機(jī)器視覺技術(shù)的水位測量裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的水位測量裝置。水位測量裝置包括照明光源、圖像采集模塊、圖像處理和分析模塊、計(jì)算機(jī)、以及輸出或和顯示模塊。本發(fā)明在明渠的某個(gè)固定點(diǎn)處放置一個(gè)待測目標(biāo)，待測目標(biāo)漂浮在水面上，在照明光源的輔助下通過圖像采集模塊獲取待測目標(biāo)的圖像信息，然后通過各種運(yùn)算對圖像進(jìn)行處理和分析，提取目標(biāo)信息，計(jì)算機(jī)接收到目標(biāo)信息后，通過輸出和顯示模塊輸出水位數(shù)據(jù)和現(xiàn)場水位的圖像信息，既可以滿足水位測量高精度的要求，又可以在計(jì)算機(jī)上觀察到現(xiàn)場的水位圖像。本發(fā)明能夠完成遠(yuǎn)距離觀測水位狀況，為礦井工作人員帶來很大方便。
【專利說明】基于機(jī)器視覺技術(shù)的水位測量裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的水位測量裝置，適用于礦井水位測量。

【背景技術(shù)】
[0002]明渠作為井下重要排水設(shè)施，其流量變化對于水害監(jiān)控有著重要意義。為了減少礦井水害事故發(fā)生的幾率，使工作人員掌握大量的實(shí)時(shí)明渠流量的數(shù)據(jù)，研發(fā)和設(shè)計(jì)高精度、高質(zhì)量的礦井水位測量裝置尤為重要。
[0003]然而，我國在礦用水位測量裝置的研究方面明顯不足。常見的水位測量儀器是基于超聲波測距原理得到水位值，此種水位測量儀器需要外接電源，安裝成本較高；并且此種方法只能得到水位值，而無法觀測到現(xiàn)場的水位情況，要想觀察明渠當(dāng)前的水位狀況，則需要人工井下觀測，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，還在一定程度上給工作人員帶來了危險(xiǎn)。鑒于礦井水位測量裝置的重要意義和國內(nèi)相關(guān)研究明顯不足的現(xiàn)狀，迫切需要提出一種新的礦用水位測量
>J-U ρ?α裝直。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種基于機(jī)器視覺技術(shù)的水位測量裝置，該測量裝置能夠提供水位信息和現(xiàn)場圖像信息，利于提高測量的準(zhǔn)確性和可視性。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0006]基于機(jī)器視覺技術(shù)的水位測量裝置，包括:
[0007]照射光源，用于照射位于明渠上某個(gè)固定點(diǎn)處且漂浮在水面上的待測目標(biāo)，照射光源位于所述待測目標(biāo)的上方，其鏡頭對準(zhǔn)待測目標(biāo)；
[0008]圖像采集模塊，用于獲取待測目標(biāo)的圖像并對該圖像進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后將得到數(shù)字圖像信息發(fā)送給圖像處理和分析模塊；
[0009]圖像處理和分析模塊，接收到圖像采集模塊發(fā)送的數(shù)字圖像信息后進(jìn)行分析和處理，然后提取目標(biāo)信息并將該目標(biāo)信息發(fā)送給計(jì)算機(jī)；
[0010]計(jì)算機(jī)接收到目標(biāo)信息后，通過輸出和顯示模塊輸出水位數(shù)據(jù)和現(xiàn)場水位的圖像信息。
[0011]進(jìn)一步，在明渠上安裝一個(gè)矩形堰槽，矩形堰槽順?biāo)鞣较蛟O(shè)置，待測目標(biāo)通過繩索連接到明渠上游的中間位置，待測目標(biāo)漂浮在矩形堰槽中間的水面上。
[0012]進(jìn)一步，在待測目標(biāo)上方設(shè)有橫跨在矩形堰槽上的固定支架，照射光源和圖像采集模塊安裝在固定支架上。
[0013]進(jìn)一步，所述待測目標(biāo)具有單一色彩，待測目標(biāo)的上表面上設(shè)有圖標(biāo)，該圖標(biāo)的邊界具有不同于待測目標(biāo)的色彩。
[0014]進(jìn)一步，照射光源采用LED光源。
[0015]進(jìn)一步，圖像采集模塊采用CXD攝像頭，CXD攝像頭的鏡頭位于待測目標(biāo)的正上方。
[0016]進(jìn)一步，上述分析和處理過程包括對圖像進(jìn)行預(yù)處理和對圖像進(jìn)行圖像分割、邊緣檢測和圖像識(shí)別處理。
[0017]進(jìn)一步，上述預(yù)處理過程包括圖像的灰度化、圖像的幾何校正、圖像濾波和圖像增強(qiáng)。
[0018]進(jìn)一步，圖像處理和分析模塊與計(jì)算機(jī)之間通過RS485通信接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0019]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0020]本發(fā)明在明渠的某個(gè)固定點(diǎn)處放置一個(gè)待測目標(biāo)，待測目標(biāo)漂浮在水面上，在照明光源的輔助下通過圖像采集模塊獲取待測目標(biāo)的圖像信息，然后通過各種運(yùn)算對圖像進(jìn)行處理和分析，提取目標(biāo)信息，計(jì)算機(jī)接收到目標(biāo)信息后，通過輸出和顯示模塊輸出水位數(shù)據(jù)和現(xiàn)場水位的圖像信息，既可以滿足水位測量高精度的要求，又可以在計(jì)算機(jī)上觀察到現(xiàn)場的水位圖像。本發(fā)明能夠完成遠(yuǎn)距離觀測水位狀況，為礦井工作人員帶來很大方便。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中基于機(jī)器視覺技術(shù)的水位測量裝置的組成框圖；
[0022]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中基于機(jī)器視覺技術(shù)的水位測量裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖3為本發(fā)明中光學(xué)測量方法示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖以及【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明:
[0025]結(jié)合圖1至圖3所示，基于機(jī)器視覺技術(shù)的水位測量裝置，包括照射光源、圖像采集模塊、圖像處理和分析模塊、計(jì)算機(jī)、以及輸出和顯示模塊。
[0026]待測目標(biāo)位于明渠的某個(gè)固定點(diǎn)處且漂浮在水面上，可以避免淤泥等雜質(zhì)的影響。具體的，待測目標(biāo)可以通過如下方式進(jìn)行固定:
[0027]在明渠上安裝一個(gè)矩形堰槽1，矩形堰槽順?biāo)鞣较蛟O(shè)置，待測目標(biāo)2通過繩索3連接到明渠上游的中間位置，待測目標(biāo)2漂浮在矩形堰槽中間的水面上。繩索3選用鋼絲繩。
[0028]待測目標(biāo)2上方設(shè)有固定支架4，優(yōu)選地，該固定支架4為門形狀，橫跨在矩形堰槽上I上。照射光源5和圖像采集模塊6安裝在固定支架4上。
[0029]為了使本發(fā)明中待測目標(biāo)信息更容易被識(shí)別，從而得到精確更為精確的水位數(shù)據(jù)，將待測目標(biāo)2設(shè)計(jì)為具有單一色彩，待測目標(biāo)2的上表面上設(shè)有圖標(biāo)7，該圖標(biāo)為常見的圓形、正方形等形狀即可，圖標(biāo)7的邊界具有不同于待測目標(biāo)的色彩。待測目標(biāo)2可以是一個(gè)長方體薄片浮子，始終漂浮在水平上。
[0030]照射光源5位于待測目標(biāo)2的上方，用于照射待測目標(biāo)，照射光源的鏡頭對準(zhǔn)待測目標(biāo)。優(yōu)選地，照射光源采用LED光源，進(jìn)行視覺信息的實(shí)時(shí)處理。
[0031]優(yōu)選地，圖像采集模塊6包括CXD攝像頭8、視頻處理器、圖像緩存器、控制接口電路等。C⑶攝像頭8的鏡頭位于待測目標(biāo)2的正上方，(XD攝像頭8具有聞靈敏度，聞分辨率，高可靠性，工作速度快等優(yōu)點(diǎn)，從而保證了捕捉的圖像的質(zhì)量。圖像采集模塊6，用于實(shí)時(shí)獲取待測目標(biāo)的圖像并對該圖像進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后將得到數(shù)字圖像信息發(fā)送給圖像處理和分析模塊。
[0032]上述采用的LED光源照明方式為將LED光源排列在CXD攝像頭的一圈，來得到所需要的清晰圖像，此種方式具有低功耗和便于調(diào)節(jié)光強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
[0033]在LED光源的輔助下，CXD攝像頭8照射待測目標(biāo)，通過待測目標(biāo)2上的圖標(biāo)在圖像中呈現(xiàn)出的大小得出待測目標(biāo)所在平面距離CCD攝像頭8的距離，從而得出水位的實(shí)際高度，既可滿足水位測量裝置高精度的要求，又可以從計(jì)算機(jī)上觀察到現(xiàn)場的水位圖像。
[0034]圖像處理和分析模塊，由專用集成芯片(ASIC)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等組成，可以實(shí)時(shí)高速地完成各種低級(jí)圖像處理算法，以減輕計(jì)算機(jī)的處理負(fù)荷，提聞視覺檢測系統(tǒng)的速度。
[0035]圖像處理和分析模塊，接收到圖像采集模塊發(fā)送的數(shù)字圖像信息后進(jìn)行分析和處理，然后提取目標(biāo)信息并將該目標(biāo)信息發(fā)送給計(jì)算機(jī)。具體的分析和處理過程包括對圖像進(jìn)行預(yù)處理和對圖像進(jìn)行圖像分割、邊緣檢測和圖像識(shí)別處理。其中，預(yù)處理過程包括圖像的灰度化、圖像的幾何校正、圖像濾波和圖像增強(qiáng)。
[0036]圖像處理和分析模塊與計(jì)算機(jī)之間通過RS485通信接口傳輸數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)接收到目標(biāo)信息后，通過輸出和顯示模塊輸出水位數(shù)據(jù)和現(xiàn)場水位的圖像信息，以供工作人員遠(yuǎn)程監(jiān)測。
[0037]當(dāng)然，以上說明僅僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，本發(fā)明并不限于列舉上述實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)說明的是，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本說明書的教導(dǎo)下，所做出的所有等同替代、明顯變形形式，均落在本說明書的實(shí)質(zhì)范圍之內(nèi)，理應(yīng)受到本發(fā)明的保護(hù)。
【權(quán)利要求】
1.基于機(jī)器視覺技術(shù)的水位測量裝置，其特征在于，包括: 照射光源，用于照射位于明渠上某個(gè)固定點(diǎn)處且漂浮在水面上的待測目標(biāo)，照射光源位于所述待測目標(biāo)的上方，其鏡頭對準(zhǔn)待測目標(biāo)； 圖像采集模塊，用于獲取待測目標(biāo)的圖像并對該圖像進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后將得到數(shù)字圖像信息發(fā)送給圖像處理和分析模塊； 圖像處理和分析模塊，接收到圖像采集模塊發(fā)送的數(shù)字圖像信息后進(jìn)行分析和處理，然后提取目標(biāo)信息并將該目標(biāo)信息發(fā)送給計(jì)算機(jī)； 計(jì)算機(jī)接收到目標(biāo)信息后，通過輸出和顯示模塊輸出水位數(shù)據(jù)和現(xiàn)場水位的圖像信肩、O
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺技術(shù)的水位測量裝置，其特征在于，在明渠上安裝一個(gè)矩形堰槽，矩形堰槽順?biāo)鞣较蛟O(shè)置，待測目標(biāo)通過繩索連接到明渠上游的中間位置，待測目標(biāo)漂浮在矩形堰槽中間的水面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于機(jī)器視覺技術(shù)的水位測量裝置，其特征在于，在待測目標(biāo)上方設(shè)有橫跨在矩形堰槽上的固定支架，照射光源和圖像采集模塊安裝在固定支架上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺技術(shù)的水位測量裝置，其特征在于，所述待測目標(biāo)具有單一色彩，待測目標(biāo)的上表面上設(shè)有圖標(biāo)，該圖標(biāo)的邊界具有不同于待測目標(biāo)的色彩。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺技術(shù)的水位測量裝置，其特征在于，照射光源采用LED光源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺技術(shù)的水位測量裝置，其特征在于，圖像采集模塊采用CCD攝像頭，CCD攝像頭的鏡頭位于待測目標(biāo)的正上方。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺技術(shù)的水位測量裝置，其特征在于，所述分析和處理過程包括對圖像進(jìn)行預(yù)處理和對圖像進(jìn)行圖像分割、邊緣檢測和圖像識(shí)別處理。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺技術(shù)的水位測量裝置，其特征在于，所述預(yù)處理過程包括圖像的灰度化、圖像的幾何校正、圖像濾波和圖像增強(qiáng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于機(jī)器視覺技術(shù)的水位測量裝置，其特征在于，圖像處理和分析模塊與計(jì)算機(jī)之間通過RS485通信接口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
【文檔編號(hào)】G01F23/292GK104198013SQ201410398535
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月14日
【發(fā)明者】徐樂年, 王文華, 于滟文 申請人:青島海誠自動(dòng)化設(shè)備有限公司