機器視覺料位計的制作方法

本實用新型涉及料位測量領域，特別涉及一種機器視覺料位計。

背景技術：

隨著技術的快速發展，依靠機器視覺識別與計算進行料位測量與監視的想法一直以來廣受關注，因為機器視覺識別不僅可以實時顯示物料（物體）的高度或者距離，同時可以向用戶展示測量對象的圖像，讓用戶可以“眼見為實”的對監視環境進行監控。

但是，多年來機器視覺料位監控設備，在實際生產和生活中，并沒有被真正大量使用與普及的主要原因，還是因為現有的機器視覺料位監控設備與方法，無法滿足生產現場真正的狀況或者測量方法在實際測量中無法真正實現。

現有的機器視覺料位識別設備與方法主要分為如下兩種：

1、對被測量物料圖像進行直接分析判斷，判斷物料料位。該種方法直接采集物料和測量空間內的圖像，采用實時圖像與測量設備中預存的圖像進行對比，判斷實時圖像所展示的圖像符合高度表中的那個圖像，做出料位判斷。該種方法，需要預先錄制和存儲各個不同高度的物料圖像，并存儲于設備中。預先要進行高度與圖像的標定。

如中國專利申請號01107328.4，公開日2002.11.6，公開了一種數字視頻料位計，

該數字視頻料位計由視頻輸入器、圖像采集卡、微處理器和顯示屏相互連接而成。采用

機器視覺技術檢測固體物料料位，其檢測料位步驟為料位圖像采集、數字圖像處理和分

析、存儲顯示。把視頻輸入器對準被測物料，視頻輸入器又連接到圖像采集卡的視頻

輸入端，微處理器控制圖像采集卡按用戶設定的采樣周期采集料位圖像，并對該圖像進

行處理，將分析出的料位坐標值與標定的刻度計比較計算出料位真實值，同時將料位圖

像、料位真實值以及該值的變化趨勢顯示在顯示屏上。其測量料位的主要手段是利用料

位坐標點處標定的刻度計上的讀數來獲取料位真實值的。

2、使用單個點光源照射物料，通過對單個光斑的圖像特征判斷，判斷物料料位。該種方法通過測量單個光斑的圖像特征，間接測量物料料位。

如：中國專利申請號200710038493.8，公開日2008.9.24，公開了一種基于機器視覺

的料位測量方法和裝置，該裝置由特殊點光源、圖像采集機、機器視覺模塊等組成。采

用機器視覺技術檢測固體物料料位，其檢測料位步驟為：由安裝在料倉頂部的特殊的點

光源發射出的光束，投射在物料表面，從料倉的垂直剖面上看是等腰的錐形。在不同高

度的水平橫截面上得到不同直徑的高亮度光圓圖像，通過機器視覺模塊采用驗證型光圓

檢測算法進行分析和處理，計算出光源的直徑或面積大小進而獲得料位值。同時，真實

的顯示料位現場實景圖像的裝置。

中國專利號 201010509916.1，一種非接觸式煤倉煤位光電測量方法與裝置，提供了一種非接觸式，基于圖像中激光光斑成像點與圖像中心點間的像素數，獲取料倉內物料深度值的光電測量方法及裝置，屬物位測量技術領域。特別適用于煤倉煤位的深度測量。本實用新型裝置在筒狀煤倉主軸頂部固定數字相機和激光發射器，使相機光路垂直于物料表面，將激光發射器布置在與水平方向成θ 角的位置，確保激

光光斑的成像區域能夠投射在相機視場范圍內的物料表面上。相機采用N 檔分段定焦，以滿足在煤倉的不同煤位處均能攝取清晰的圖像。采用DSP作為處理器內核，通過計算激光光斑成像點與圖像中心點間的像素數，查詢預先標定的對應不同像素數均值的深度表，完成深度檢測。

以上的機器視覺識別方法，要不算法復雜；要不特點是通過對單個光斑的捕捉，通過光斑圖像的分析，獲取料位信息。但是，實際的測量中，單個光斑如圓形的圖像非常容易受物料表面、環境的影響出現光斑變形、光斑部分缺失等等問題，需要復雜的算法進行判斷或者無法進行準確判斷。從而導致判斷失誤。

技術實現要素：

實用新型目的：針對現有技術中存在的問題，本實用新型提供一種機器視覺料位計，規避了現有技術光斑形狀缺失、變形等不易捕捉，不易運算的缺陷，可以實現對測量點的精確定點監控；算法簡潔高效。

技術方案：本實用新型提供了一種機器視覺料位計，包括光發射部件、運算處理部件以及至少一部圖像采集部件，所述光發射部件和所述圖像采集部件均設置在待測物料所在測量空間內，所述運算處理部件連接所述圖像采集部件；所述光發射部件用于向所述待測物料表面投射至少兩束任意方向的光線；所述圖像采集部件用于采集各所述光線照射到所述待測物料表面后形成的光斑圖像，并將各所述光斑圖像發送給所述運算處理部件；所述運算處理部件中預存有所述待測物料到達某一預設高度時各所述光斑圖像之間的預設間距；在所述圖像采集部件將各所述光斑圖像發送給所述運算處理器后，所述運算處理器通過對各所述光斑圖像之間的圖像間距與預設間距進行匹配后邏輯判斷出所述待測物料是否到達預設高度。

優選地，所述光線為平行光；此時所述運算處理部件還可以通過通過各所述平行光之間的實際間距、各所述光斑圖像之間的圖像間距以及各所述光斑圖像在所述圖像采集部件中的像距，運算處理獲得所述待測物料的料位信息。

優選地，所述待測物料與所述圖像采集部件之間的間距大于所述圖像采集部件的焦距的兩倍。

優選地，所述圖像采集部件在測量過程中的焦距固定。

有益效果：與現有技術中單個光斑的圖像非常容易受物料表面、環境的影響出現光斑變形、光斑部分缺失等問題導致無法準確測量料位信息相比，本實用新型中光發射部件發射至少兩束光線，各光線照射到待測物料表面產生的光斑圖像之間的圖像間距特征不易受物料表面或測量環境影響，可以準確獲取光斑圖像信息，圖像信息即使有缺失、變形等情況也不會過于影響測量，測量數據準確；測量中無需大量的標定工作，只有在變焦后才需要一定的標定；可實現對確定測量目標的定點監控，測量精度較高，算法簡潔而高效。

附圖說明

圖1為實施方式1中機器視覺料位計的信號流向示意圖；

圖2為實施方式1中機器視覺料位計在測量時的示意圖；

圖3為實施方式2中機器視覺料位計在測量時的示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型進行詳細的介紹。

實施方式1：

本實施方式提供了一種機器視覺料位計，如圖1所示，包括光發射部件、圖像采集部件和運算處理部件，光發射部件和圖像采集部件均設置在待測物料所在測量空間內，運算處理部件連接圖像采集部件；

光發射部件用于向待測物料表面投射至少兩束任意方向的光線；

圖像采集部件用于采集各光線照射到待測物料表面后形成的光斑圖像，并將光斑圖像發送給運算處理部件；此處圖像采集部件在測量過程中的焦距固定，變焦距后需要對測量進行重新標定，因為變焦后像距數據就會發生變化，重新標定后測量才是準確的；同時要保證待測物料與圖像采集部件之間的間距大于圖像采集部件的焦距的兩倍。

運算處理部件中預存有待測物料到達某一預設高度時各光斑圖像之間的預設間距，當圖像采集部件將各光斑圖像發送給運算處理器后，運算處理器可以通過對各光斑圖像之間的圖像間距與預設間距進行匹配，若圖像間距與某一預設間距匹配，則運算處理器就能夠后邏輯判斷出此時待測物料的料位到達預設間距對應的預設高度。

具體地說，如圖2所示，假設光發射部件發射兩束任意方向的光線S1和S2，S1和S2照射到待測物料表面時形成的光斑圖像為A和B，A和B之間的圖像間距為D′，且已知運算處理部件中預存有待測物料到達預設高度h時A和B之間的預設間距為D′′；圖像采集部件將采集到的光斑圖像A和B發送給運算處理部件之后，運算處理部件就會將D′與D′′進行匹配，若二者可以匹配或者匹配后在誤差允許范圍內，則運算處理部件就能夠邏輯判斷出此時待測物料的料位為h。

上述運算處理部件不僅可以只連接一個圖像采集部件，也可連接一個容器內的多個圖像采集部件，甚至連接多個容器內的多個圖像采集部件，以獲取一個容器內多個位置處的料位信息或者多個容器內的料位信息；運算處理部件即可是一個單片機或多個單片機為核心的部件，也可是一個或者多個計算機為核心的部件。

在本實施方式中，為了防止光發射部件和/或圖像采集部件在工作過程中由于工作環境惡劣而發生震動，可以為二者配置減震穩定部件，優選使用機械被動式或陀螺儀主動控制式的減震部件；另外，由于待測物料所處的環境通常比較惡劣，灰塵較大，為了避免灰塵較大妨礙光發射部件發射的平行光和傾斜光，以及為了避免圖像采集部件由于灰塵蒙蔽無法采集圖像，本實施方式中在圖像采集部件和/或光發射部件附近還設置有防塵除灰部件，該防塵除灰部件右旋使用氣體吹掃機構或機械刷動機構，該防塵除灰部件可以由運算處理部件控制自動開啟或關閉運行；由于圖像采集部件具有圖像實時采集與監控作用，而待測物料所處環境光線一般比較昏暗，容易影響圖像采集部件采集到清晰的圖像，所以在本實施方式中還可以在待測物料所在空間內安裝照明部件，可以使用可見光照明設備或紅外線非可見光照明設備。

優選地，在本實施方式中，還可以給機器視覺料位計增加測溫部件，優選使用紅外或激光測溫部件，安裝在待測物料所在空間內，用于測量物料表面的溫度信息；測溫部件能夠將測量到的溫度信息發送給運算處理部件。

優選地，在本實施方式中，若光發射部件發射的很多束光線，圖像采集部件就能夠采集到包含若干光線的光斑圖像，運算處理部件通過使用現有的圖像處理技術手段對這些光斑圖像進行運算處理后，就能夠得到待測物料的三維立體圖像，以更加直接的將物料信息展示給用戶。

優選地，本實施方式中的圖像采集部件還能夠采集火焰或燃燒圖像，并將這些圖像發送給運算處理部件，運算處理部件再接收到這些圖像之后就能夠判斷待測物料所在空間內待測物料著火了，就能夠實時控制報警器報警或將圖像通過信號輸出部件輸出給用戶，使用戶能夠及時得知現場狀況，及時采取措施；另外，本實施方式中的圖像獲取部件除了能夠采集到光線的光斑圖像外，還能夠實時采集測量空間內的待測物料狀況環境實景圖像，并將這些圖像傳輸給運算處理部件，由運算處理部件經信號輸出部件輸出供用戶更加直觀地了解測量空間內的物料狀況。

實施方式2：

本實施方式為實施方式1的進一步改進，主要改進點在于：實施方式1中的機器視覺料位計只能夠實現對待測物料的定點測量監控，不能實現對物料料位的連續測量，而在本實施方式中的機器視覺料位計不僅能夠實現對待測物料的定點測量監控，還能實現對物料料位的連續測量。

具體地說，在本實施方式中，光發射部件發射出的各光線為垂直于待測物料某一橫截面的平行光，以光發射部件發射兩束平行光為例，如圖3所示，已知兩平行光S1和S2之間的實際間距為D，照射到待測物料表面時形成的光斑圖像為A和B，兩光斑圖像A和B之間的圖像間距為D′，以及兩光斑圖像A和B在圖像采集部件中的像距v，可以計算出待測物料的料位h= D·v / D′。如此，本實施方式便能夠實現在一定范圍內對待測物料料位的連續測量。

另外需要強調的是：真正意義上的平行光在現實中很難真正實現，本實施方式中的平行光也包括了在測量空間范圍內接近真正平行光的光或者在測量范圍內其發散對于本測量方法的影響可以忽略不計的接近平行光的光。

上述各實施方式只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人能夠了解本實用新型的內容并據以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡根據本實用新型精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。