本發(fā)明屬于液位識別技術(shù)，尤其涉及一種利用模板匹配精確識別液位的方法。

背景技術(shù)：

液位檢測涉及到科研，生活，工業(yè)生產(chǎn)等各個領(lǐng)域。根據(jù)使用環(huán)境和性能要求不同各種液位測量裝置具有不同的特性，有些應(yīng)用場合對液位測量方法和裝置的測量精度有很高的要求，有些場合則要求具有一定的惡劣環(huán)境下持續(xù)工作的能力。

現(xiàn)有技術(shù)在液位監(jiān)測方面采用的技術(shù)和產(chǎn)品有很多，按其采用的測量技術(shù)及使用方法分類傳統(tǒng)的液位傳感器已多達十余種。近年來國內(nèi)外有很多科研單位還在研發(fā)更新的液位監(jiān)測技術(shù)。歸納起來主要有以下幾種：差壓式液位測量、浮體式液位測量、聲波液位測量、電容式液位測量、核輻射式液位測量、直流電極式液位測量、光纖液位測量、感應(yīng)式數(shù)字水位測量。以上的幾種液位測量方法各有其優(yōu)缺點和特定的應(yīng)用范圍。在有些特殊的應(yīng)用場合如變電站內(nèi)，要求測量精度高，測量速度快等，而傳統(tǒng)的液位檢測方法均不能達到要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種利用模板匹配精確識別液位的方法，以解決在變電站內(nèi)的液位檢測上，傳統(tǒng)測量方法不能滿足精度和速度等技術(shù)問題。

本發(fā)明技術(shù)方案：

一種利用模板匹配精確識別液位的方法，它包括：

步驟1、拍攝標準液位計圖像并建立液位計標準模板；

步驟2、拍攝一張含有液位計的圖像，采用主成分分析的方法，得出液位計最佳投影灰度圖；

步驟3、將液位計標準模板與液位計最佳投影灰度圖匹配；

步驟4、提取匹配后的液位計圖像；

步驟5、識別出匹配后的液位計圖像的刻度位置，同時讀出液位計刻度的最高點和最低點，并利用比例關(guān)系確定刻度讀數(shù)。

步驟1所述建立液位計標準模板的方法為：將標準液位計圖像經(jīng)過灰度處理得到液位計標準模板。

步驟2所述主成分分析的方法包括：

建立原始數(shù)據(jù)n*p維矩陣X_ij

對其進行標準化處理，根據(jù)如下關(guān)系式求解相關(guān)系數(shù)r_ij

求其相關(guān)系數(shù)矩陣R＝(r_ij)_p*p；

再求得R的特征根λ_i及特征向量e_i；

計算出累計貢獻率

選取累計貢獻率達85％‐95％的特征值λ₁,λ₂...λ_m所對應(yīng)的第1，第2...第m(m≤p)個主成分構(gòu)成矩陣a投影作為液位計最佳投影灰度圖

步驟3所述的將液位計標準模板與液位計最佳投影灰度圖匹配的方法為：建立一個模板匹配函數(shù)f，將液位計標準模板與液位計最佳投影灰度圖進行一一匹配，當模板匹配函數(shù)f最小時，則該時的匹配結(jié)果即為匹配后的液位計圖像，具體為：

在標準模板圖像中，以標準模板的左上角為原點，向右為X軸，

向下為Y軸，建立一個坐標系，模標準板圖像的大小為m*n(寬*

高):

原始圖像的灰度圖大小為W*H(寬*高)：

標準模板中的某一點的坐標為(x,y)，該點的灰度為U(x,y)，與之重

合的圖象中的點坐標為(X,Y)，該點的灰度為V(X,Y)；

模板匹配函數(shù)f如下：

在模板匹配函數(shù)f最小的時候，分割出與模板圖像相同大小的圖像，即為匹配后的液位計圖像。

步驟5所述識別出匹配后的液位計圖像的刻度位置，同時讀出液位計刻度的最高點和最低點，并利用比例關(guān)系確定刻度讀數(shù)的方法包括：利用邊緣檢測的方法檢測出匹配后的液位計圖像的邊緣刻度、最大刻度和最小刻度，并讀取數(shù)字；在讀取數(shù)字時，采用模板匹配的方法，將讀取的數(shù)字與模板一一匹配。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明采用了模板匹配的方法來進行液位計刻度，能夠有效的利用已有的標準模板來快速識別液位計刻度，提供了一種精確度高，速度快的液位刻度檢測方法。能夠廣泛的應(yīng)用于變電站機器人自動巡檢中，解決了在變電站內(nèi)的液位檢測上，傳統(tǒng)測量方法不能滿足精度和速度等技術(shù)問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明流程示意圖。

具體實施方式：

一種利用模板匹配精確識別液位的方法，它包括：

步驟1、拍攝標準液位計圖像并建立液位計標準模板；

步驟1所述建立液位計標準模板的方法為：將標準液位計圖像經(jīng)過灰度處理得到液位計標準模板。

拍攝一張典型的液位計圖像，標準模板圖像要求含有液位計圖像，圖像清晰度高，液位計各項特征明顯，標準模板圖像的大小合適，不宜過大或過小。

步驟2、拍攝變電站中一張含有液位計的圖像，采用主成分分析的方法，得出液位計最佳投影灰度圖；

要求拍攝的圖像清晰度高，液位計各項特征明顯。

步驟2所述主成分分析的方法包括：

建立液位計圖像原始數(shù)據(jù)n*p維矩陣X_ij

對其進行標準化處理，根據(jù)如下關(guān)系式求解相關(guān)系數(shù)r_ij

求其相關(guān)系數(shù)矩陣R＝(r_ij)_p*p；

再求得R的特征根λ_i及特征向量e_i；

計算出累計貢獻率

選取累計貢獻率達85％‐95％的特征值λ₁,λ₂...λ_m所對應(yīng)的第1，第2...第m(m≤p)個主成分構(gòu)成矩陣a投影作為液位計最佳投影灰度圖

步驟3、將液位計標準模板與液位計最佳投影灰度圖匹配；

步驟3所述的將液位計標準模板與液位計最佳投影灰度圖匹配的方法為：建立一個模板匹配函數(shù)f，將液位計標準模板與液位計最佳投影灰度圖進行一一匹配，當模板匹配函數(shù)f最小時，則該時的匹配結(jié)果即為匹配后的液位計圖像，具體為：

在標準模板圖像中，以標準模板的左上角為原點，向右為X軸，向下為Y軸，建立一個坐標系，模標準板圖像的大小為m*n(寬*高):

原始圖像的灰度圖大小為W*H(寬*高)：

標準模板中的某一點的坐標為(x,y)，該點的灰度為U(x,y)，與之重合的圖象中的點坐標為(X,Y)，該點的灰度為V(X,Y)；

模板匹配函數(shù)f如下：

在模板匹配函數(shù)f最小的時候，分割出與模板圖像相同大小的圖像，即為匹配后的液位計圖像。

步驟5所述識別出匹配后的液位計圖像的刻度位置，同時讀出液位計刻度的最高點和最低點，并利用比例關(guān)系確定刻度讀數(shù)的方法包括：利用邊緣檢測的方法檢測出匹配后的液位計圖像的邊緣刻度、最大刻度和最小刻度，并讀取數(shù)字；在讀取數(shù)字時，采用模板匹配的方法，將讀取的數(shù)字與模板一一匹配，并讀取結(jié)果。

利用邊緣檢測的方法檢測出液位平面的位置。由于刻度值是均勻的，所以根據(jù)液位平面與刻度最大最小值的比例關(guān)系，確定液位刻度值。