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专利名称：一种利用摄像头的储罐液位测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种液位的测量装置及方法，尤其是一种利用摄像头的储 罐液位测量装置及方法，属于传感器和测量技术领域。
背景技术：
目前在工业、农业、医疗等行业的储罐液位自动化测量应用相当广泛。 其测量原理和方法众多，按照与液体接触与否，分为接触式液位测量和非接触式测量两类。 接触式测量有浮球式，电容式等，前者的缺点是需要灵敏可靠的机械结构，而后者不适用 于液体粘稠等场合；非接触式测量有超声波式，雷达波式，它们通过测量发射脉冲波与接 收反射波之间的时间差来计算液位深度，它们的缺点是不适合液面变化晃动较大的场合， 否则反射回波将有可能接收不到，且安装精度一定要准确保证，否则所带来的测量偏差很 难加以消除。此外，如果被测量液体是带腐蚀性或易爆的，其测量过程传感装置必须是防腐 防爆的。由此种种原因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
本发明的目的是为解决上述问题而提供的一种测量方法及装置。结合 软件技术，能够校正因安装偏差而带来的测量误差，在液面具有较大变化晃动的场合仍能 够保证较高的测量精度。为实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种利用摄像头的储罐液位测量方 法，它通过三个激光光源发射三束光束照射液面(激光光源波长位于可见光波段，光源发 出的光经过凸透镜汇聚后形成光束)，通过摄像头采集储罐液体图像传输至计算机，由软件 技术求取激光束在液面上三个交点所形成的面积，并据此计算液面的高度。一种利用摄像头的储罐液位测量装置，包括一个摄像头和三个激光光源。摄像头 朝向液面垂直安装。三个激光光源对称地安装在摄像头周围，其所发出的激光束分别与摄 像头透镜光轴在同一个平面，三个激光光束La，Lb，Lc与光轴的夹角为分别为α” α2，α3， 其中夹角大小可进行调节，以使其适应不同的储罐形状，夹角调整的范围最大不超过摄像 头的视场角，以确保激光束落在摄像头采集的图像范围内，夹角最小调整到0°，即激光 束与液面垂直。本发明的优点实现非接触测量，测量成本低，除用于储罐液体测量外，还可以用 于油箱内燃油的测量。


图1是本发明的结构原理框图。图2是摄像头和激光光源的安装示意图。图3是摄像头和激光光源的位置关系示意图。图4是储罐液位测量示意图。图5是光束La在液面上形成光点Α’示意图。图6是液面上三个光点Α’，B’，C’位置关系示意图。
具体实施例方式如图1所示，一种利用摄像头的储罐液位测量方法，它通过三个激光光源发射三束可视的光束照射液面，通过摄像头采集储罐液体图像传输至计算机，求取激光束与液面 的交点A’，B’，C’(光点)在图像上形成的面积，并据此计算液面的高度。如图2和图3所示摄像头1朝向液面垂直安装，光轴要尽量垂直于液面。激光光 源LA，LB和LC对称地安装在摄像头1周围，其发射的激光束与摄像头1透镜光轴在同一个 平面，设光束La，Lb，Lc与光轴的夹角为分别为α” α2，α 3，其中夹角大小可进行调节，以 使其适应不同的储罐形状，夹角调整的范围最大不超过摄像头1的视场角，以确保激光束 落在摄像头采集的范围内，夹角最小调整到0°，即激光束与液面垂直，夹角最佳的调整 方法是在储罐没有液体的情况时，在夹角不超过摄像头视场角的前提下，尽量使光束照射 到罐底边缘，以获取最佳的测量精度；设摄像头透镜的焦距为f，激光光源间的距离分别为 d，d通常选取为5f 15f。在储罐液体图像中提取液面光点的方法原理有二 a)当激光光束在空气中传播 时，一般不会形成可视的入射光线，而在透明液体中传播时，由于液体对光束的散射作用， 光束将在液体中形成可视的折射光线，此折射光线的起点即为液面光点；b)当液面上有尘 埃时，由于尘埃对光束的漫反射作用，在图像上将会形成一亮光斑，光斑的质心即为液面光
点O装置的测量模型如下即利用图像中三个光点形成的面积S，求取液面高度h;如 图4所示，设H为摄像头透镜到罐底的垂直距离，h为液面到罐底的距离(即液位)，h’为 摄像头透镜到液面的距离，有h’ =H-h。利用三角形的相似关系有
权利要求
1.一种利用摄像头的储罐液位测量装置，包括摄像头和三个激光光源，摄像头朝向液 面垂直安装，三个激光光源对称地安装在摄像头周围，其发出的激光束分别与摄像头透镜 法线在同一个平面，三个激光光束与光轴的夹角调整的范围最大不超过摄像头的视场角， 夹角最小调整到0°。
2.如权利要求1所述的一种利用摄像头的储罐液位测量装置，其特征在于摄像头透 镜的焦距为f，激光光源间的距离为d，d = 5f 15f。
3.采用如权利要求1所述的装置的储罐液位测量方法，其特征在于，通过三个激光光 源发射三束可视的光束照射液面，通过摄像头采集液面图像传输至计算机，由软件技术求 取激光束在液面上三个交点形成的面积，并据此计算液面的高度。
4.如权利要求3所述的储罐液位测量方法，其特征在于设H为摄像头透镜到罐底的 垂直距离，h为液面到罐底的距离，h’为摄像头透镜到液面的距离，有h’ =H-h，利用三角 形的相似关系有
全文摘要
一种利用摄像头的储罐液位测量方法，它通过三个激光光源发射三束可视的光束照射液面，通过摄像头采集液面图像传输至计算机，由图像处理技术求取激光束在液面上三个交点形成的面积，并据此计算液面的高度。本发明的优点实现非接触测量，测量成本低，除用于储罐液体测量外，还可以用于油箱内燃油的测量。
文档编号G01F23/292GK102095469SQ20101057392
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月4日 优先权日2010年12月4日
发明者于春和, 白莹 申请人:沈阳航空航天大学