[发明专利]基于视觉非接触的液位检测方法

说明书

本发明公开了一种基于视觉非接触的液位检测方法，包括：S1.安装相机，并标定相机的内参和外参，建立以相机为原点的世界坐标系，并计算所述世界坐标系和相机坐标系的转换关系；S2.在溶液底部放置棋盘格，利用相机对溶液进行拍摄，得到包含所述棋盘格的液面图像，然后对液面图像中的棋盘格进行角点检测，计算检测到的角点在所述世界坐标系中的坐标信息；S3.根据所述世界坐标系、液面图像中角点的坐标信息和棋盘格的角点距离信息，利用折射原理进行建模，然后计算溶液的液位信息。本发明通过折射率原理和相机标定结果计算出液位信息，不依赖于精密度高的仪器，性价比高，只要约束在可视化条件下即可，对环境依赖性低。

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，特别是涉及一种基于视觉非接触的液位检测方法。

背景技术

现有的液位测量方法中，包含接触式测量方法和非接触式测量方法，现有的这两种液位测量方法都存在相应的不足，例如，古老简单的浮球式液位测量方法，测量精度容易受浮力影响且会对液体质量产生影响，现有的非接触式的液位测量方法也存在对传感器精密度要求高、对环境依赖性强、性价比低等问题，例如，声波对含有蒸汽的环境效果变差、光电折射需要靠输出和接收的信号量方式等。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于视觉非接触的液位检测方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：基于视觉非接触的液位检测方法，包括：

S1.安装相机，并标定相机的内参和外参，建立以相机为原点的世界坐标系，并计算所述世界坐标系和相机坐标系的转换关系；

S2.在溶液底部放置棋盘格，利用相机对溶液进行拍摄，得到包含所述棋盘格的液面图像，然后对液面图像中的棋盘格进行角点检测，计算检测到的角点在所述世界坐标系中的坐标信息；

S3.根据所述世界坐标系、液面图像中角点的坐标信息和棋盘格的角点距离信息，利用折射原理进行建模，然后计算溶液的液位信息。

优选的，所述S1中世界坐标系和相机坐标系的转换关系为：

式中，为待检测点在相机坐标系下z轴坐标值，和为相机坐标系中的坐标，和为相元尺寸，为相机焦距，和为世界坐标系的坐标，表示像素坐标系在世界坐标系中的旋转矩阵，表示像素坐标系在世界坐标系中的平移矩阵，和为相机坐标系的中心点坐标。

优选的，所述S2中对液面图像中的棋盘格进行角点检测包括：

对于液面图像中任一待检测像素，获取以该待检测像素为中心、预设半径的边缘上的所有像素作为边缘像素；

分别计算各边缘像素的灰度值与该待检测像素的灰度值的差值；

统计所述差值大于第一阈值的边缘像素的数量，若数量大于第二阈值，则该待检测像素为液面图像中的角点。

优选的，所述S3中计算溶液的液位信息包括：

定义角点A和角点B为棋盘格上相邻的两个角点，角点A₁为角点A在液面图像中对应的角点，角点B₁为角点B在液面图像中对应的角点，L为角点A和角点B之间的距离，为角点A₁和角点B₁之间的距离，相机的光心为点O，溶液的折射率为；

计算光线依次经点O和角点A₁时的入射角的余角，以及光线依次经点O和角点B₁时的入射角的余角；

则光线依次经点O和角点A₁时的折射角，光线依次经点O和角点B₁时的折射角；

则溶液的液位信息的计算公式为：