专利名称：一种液位测量方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明属于传感器和测量技术领域，特别是涉及一种用于测量液位、物位和颜色的方法及其装置。
背景技术：
目前在工业、农业、医疗卫生等行业的液位或物位或颜色自动化测量应用相当多。其原理和方法众多，如利用浮球位移、电阻应变、压力应变、电容电感参数变化、磁致伸缩、光电比色等来反应液位或物位及颜色变化，进行液位或物位及颜色测量。上述原理和方法不论是接触式还是非接触式测量，一个共同的地方是整个测量过程在进行非电量与电量转换时，有一个模拟仿真放大环节，而在这个环节上，对前级传感器及后级信号处理分析不但精度有较高要求，对于转换特性、工作线性、环境温度、安装位置、使用场合以及比例等也要求严格。此外，如果被测量的液位或物位或颜色，其材质是带腐蚀性或易爆的，其测量过程传感装置还必须是防腐防爆的。由此种种导致了整个测量装置成本高，也制约了众多自动化领域的进程。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题而提供一种测量方法及其装置，结合软件技术，简化了测量传感设备及中间、终站处理设备，避免了现有液位或物位及颜色测量存在的非电量-电量转换环节上模拟仿真放大一系列换算，从而消除放大器的漂移及转换误差。
本发明的技术解决方案是一种液面测量方法，它是一种非接触式间接测量方法，其特征在于它是通过摄取液面图像，依液面上方物质与下方物质图像的像点的像素分量(R、G、B)的差异，用计算机来比较识别，判定并据此计算出液面位置。
(1)通过图像传感器摄取液面及含液面上、下方空间区域H1高度范围的图像，传送至计算机。
(2)由软件在计算机内对图像产生一个虚拟的测量方框，并在测量方框内设定垂直相距微小间距的A、B两个像点，垂直上、下移动A、B像点，当A、B两点分别处于液面分界线上、下方时，利用两点图像的色素分量(R、G、B)值的差异来界定液面位置，确定液面的垂直坐标Y是从测量方框的上框边向下取，可取不同水平坐标X处测取N个液面位置垂直坐标Yx值，得Y1、Y2……YN。
(3)按下述关系式由计算机算出液面位置实际高度a、取液面垂直坐标N点测量值的平均值；Y=Σx=1NYx/N]]>b、液面位置对于测量基线的相对高度H2H2＝H1-YK c、实际液位高度H＝H2+H0H0为测量基线高度
具体实施例方式
将图像传感器固定在一个特定的位置，使它获得一个固定区域的图像，在这个区域内以液面为界分上下两部分，这两部分的颜色是不同的。这样我们就可在垂直方向取可以上、下移动的间距恒定且很相近的两个点A、B，如果这两点的象素分量(R、G、B)值有差异，则说明这两点来自不同的区域，必定是一个来自空气，一个来自水，分界线就在这两点之间，这样就确定分界线的位置了。
图1是本发明液位测量方法测量示意图；图2是虚拟测量框示意图；图3是测无色液体液面时，液面设置有色浮标示意具体实施例方式本发明结合具体实例参见附图进一步说明如下本发明方法使用的装置是由图像传感器[1]与计算机[2]电联接组成。参见附图1。
图像传感器即[1]，所摄得的图像送至计算机。
用本发明测量液位时，具体方法如下1、将图像传感器[1]固定在某个特定的位置上，使它能摄得一个选定的测量区域H1的图片，这个区域包含液面及液面上、下方区域，参见附图1，在该测定区域液面中竖立测量标杆[3]，图像上限取自标杆[3]顶端，图像下限取至液体中标杆[3]可见底端，参见附图1。
H1为测量区域的高度；H0为测量基线的高度；
H2为液面的相对高度，即液面相对于测量基线的高度。
2、依据所摄得的图像确定液面位置。
本步主要是确定液面分界线的位置。当图像传至计算机，由软件撷取一帧图片，并在计算机内产生一个虚拟测量框，虚拟测量框可显示或不显示，再由软件在测量框内，设定可上、下移动的水平坐标相同、垂直间距恒定且间距极微小的两点A、B，参见附图2。点的横坐标为X，纵坐标为Y，均以象素为单位，当选A、B两点垂直间距为2个象素时，A(x、y)、B(x、y+2)，即A、B在水平方向的位置相同(X的值相同)，垂直方向相差很小(可为两个象素，当然也可以设大一点)。我们可以给定一个初值(x0、y0)，然后就可不断增加Y值，使得A、B这两点同时向图片的下方垂直移动，每移动一次，分别将获取的A、B两点的象素分量(R、G、B)值，并进行比较，如果A点的R、G、B三个值与B点R、G、B三个值没有对应相同，则A、B两点跨在分界线上。我们就可以取下此时的Y值了，A、B两点停止向上移动。我们可以确定的水平方向和垂直方向的点的象素间距，例如垂直方向为400，我们记为Y1，为确保分界线的正确可靠，我们可以在水平方向不同的x坐标处，同时取几对(例如N对)A、B这样的点对，测其Y值，分别记为Y2、Y3……YN。
当这些点对的比较结果一致时，才确定Y值，这样可以避免因个别的点异常，而造成的判断错误，从而提高了可靠性。
3、计算并输出结果(1)、由垂直方向的总象点数N和分界线的垂直坐标YX可得N点垂垂直坐标平均值，Y=ΣX-1NYX/N]]>(2)、液面相对高度H2＝H1-Y*K (3)、实际液位H H＝H2+H0H0是测量基线高度，即图像传感器所摄取的测量范围H1的底线位置的实际高度。
本发明方法测量无色液体的液位时，为了便于分界液面，可在液面上设置有色浮标[4]，参见附图[3]。
本发明方法可引申用于测量物体的物位或物体高度测量，例如测量某建筑物高度，建筑物顶与它上方的空间就构成了含不同象素分量的A、B两点对的分界面，从而根据上述液位测量方法就可测出建筑物高度。
本发明方法可引申用于颜色判定，例如某化学反应起颜色变化，与标准颜色比较，利用其象素分量(R、G、B)不同，来确定反应程度。
本发明的优点是在获取非电量-光信号后不加任何仿真放大转换成数字电信号，避免了测量中通常由于需要进行非电量与电量转换而产生的模拟仿真放大环节的一系列换算带来的误差和对设备的高要求，因而本发明测量精度高，测量设备成本低，且可适用于腐蚀性和易爆、野外场所的水位测量及高精度液位测量。
权利要求
1.一种液面测量方法，它是一种非接触式间接测量方法，其特征在于它是通过摄取液面图像，依液面上方物质与下方物质图像的像点的像素分量(R、G、B)的差异，用计算机来比较识别，判定并据此计算出液面位置。(1)通过图像传感器摄取液面及含液面上、下方空间区域H1高度范围的图像，传送至计算机。(2)由软件在计算机内对图像产生一个虚拟的测量方框，并在测量方框内设定垂直相距微小间距的A、B两个像点，垂直上、下移动A、B像点，当A、B两点分别处于液面分界线上、下方时，利用两点图像的色素分量(R、G、B)值的差异来界定液面位置，确定液面的垂直坐标Y是从测量方框的上框边向下取，可取不同水平坐标X处测取N个液面位置垂直坐标Yx值，得Y1、Y2……YN。(3)按下述关系式由计算机算出液面位置实际高度a、取液面垂直坐标N点测量值的平均值；Y=Σx=1NYx/N]]>b、液面位置对于测量基线的相对高度H2H2＝H1-YK c、实际液位高度H＝H2+H0H0为测量基线高度
2.根据权利要求1所述的液位测量方法，其特征在于测量无色液体液位时，可在液面上设置有色浮标。
3.根据权利要求1所述的液位测量方法，其特征在于测量装置是由图像传感器与计算机电联接组成。
全文摘要
一种液面测量方法，它是通过图像传感器摄取液面及其上、下方空间的图像送至计算机，由软件在计算机内对图像产生一个虚拟的测量方框，图像所摄测量区域实际高度H
文档编号G01F23/22GK1570574SQ20041002313
公开日2005年1月26日 申请日期2004年4月23日 优先权日2004年4月23日
发明者刘卡波, 黄昌林, 李玉林, 汤哲夫 申请人:汤哲夫