基于视觉检测技术的液位测量系统的研究

基于视觉检测技术的液位测量系统的研究实现智慧电厂的基本任务是现场基础设备的远程数字化。因为只有当最底层设备的有效信号能够以数字化的形式传递给监控层、管理层、决策层,上层的应用软件和决策分析系统才能做出更科学的决定。电厂中大量存在的基地式液位仪表,对电厂机组的安全、经济运行,能源的综合管理都起着重要的作用。远程实时监测基地设备的液位信号成为电厂智能化发展中的新需求。

然而,目前的远距离液位监视存在图像模糊不清、无法根据图像自动获得液位数值等问题。因此本文研制了一套基于现代视觉检测技术的新型液位测量系统,并完成了实验室测试。该系统硬件成本低,为基地式仪表实现液位信号的远程数字化打下了基础。本文的主要研究内容如下:(1)在研究视觉检测系统各组成部分和功能的基础上,确定液位测量系统由照明系统、光学摄像系统、计算机处理分析系统和显示记录系统组成。

针对电厂环境、液位仪表的显示特征与成像要求,确定光源为LED面光源、照明方案为正面明场漫射。考虑到系统的集成性与视频数据的传输速度,选择带有USB接口的CMOS摄像头。(2)根据火电机组基地式液位仪表的特点,应用视觉检测技术的最新成果,制定了仪表的显示图像向数字化信号转化的技术路线。为尽可能消除背景环境的影响,首先引入颜色阈值分割确定仪表显示部分在图像中的位置,并采用基于对应点控制的逆透视变换矫正图像的透视失真,以减小测量误差;然后应用Canny算子检测液位分界面的边缘,并增加自适应中值滤波和直方图分析改进算法的自适应性能;最后提出了一种窗口搜索峰值检测算法以及一种基于Lagrange插值的摄像头自标定方法,并结合模板匹配得到了液位的数字量。

经检验,算法提高了图像的信噪比与分界面的定位精度,保证了液位值的准确性。(3)在Microsoft Visual Studio2015环境下,基于C#编程语言,完成了液位测量系统windows窗体应用程序的软件开发。该软件能够实现用户参数设定、摄像头自动拍照、数字图像处理、历史数据存储以及液位的数字化、图示化功能,保证运行人员在任何时候都能够得到准确、直观的液位信息。(4)以实验室的玻璃管水位计为检测对象,搭建了试验台。

并根据测量系统的评价指标,进行了关于系统误差、线性、重复性、稳定性、

分辨力和适应性的实验。经试验,本液位测量系统检测值与参考值的绝对误差在1mm以内,标准差在0.1mm以内,线性度为99.99%,分辨力为1mm,实现了在保证原有仪表精度等级的基础上提高液位计的分辨力。此外,本液位测量系统能适应一定范围内的光照条件变化和摄像头视物方向变化,一定程度上解决了现有液位图像检测方法中无法根据现场环境变化和摄像头调整进行液位校正的问题。基于视觉检测技术的液位测量系统实现了电厂基地式仪表信号的远程数字化,具备应用于工业现场的基础,且同样适用于石油、化工等领域的同类型液位测量。