基于数字图像处理的因瓦标准尺刻度识别技术研究

[摘 要]验潮仪主要用于海洋、河流和湖泊等潮位的测量,根据测量原理的不同,主要可以分为浮子式、压力式和声学式三种,测量精度都不高,随后出现了图像读取式验潮仪检测设备,采用人眼直读,虽然计量性能和功能得到一定提高,但是还是无法满足检测试验需要,并且智能化水平较低。因瓦标准尺是读取式验潮仪检测设备的重要部件,具有极小的温度线膨胀系数,本方法使用高精度摄像头SLA1390-17fm和镜头C2514-M,采用数字图像处理技术进行刻度匹配,自动读取BJB-Ⅰ型因瓦标准尺刻度值,提高了测量精度和智能化水平,为读取液位值做准备,具有测量范围宽、精度高和智能化的优点,具有国内先进水平。

[关键词]验潮仪 因瓦标准尺 数字图像处理 计量检测

[中图分类号]TH[文献标识码]A[文章编号]1007-9416(2010)02-0092-01

1 引言

验潮仪(水位计)主要用于海洋、河流和湖泊潮位(水位)的测量,其主要计量性能:潮高测量范围为0～8m;潮高分辨力为1mm;潮高示值误差为±(10～30)mm。

我国多部门研制建立了验潮仪检测设备,主要有浮子式、压力式和声学式三种,其示值误差较大。采用图像处理方式的验潮仪是目前精度最高的,其中用到的因瓦标准尺是一种用特种超因瓦材料,经过各种特殊处理和精密刻制而成的大长度计量标准器具。目前多是采用人眼直读因瓦标准尺,存在范围较小、精度较差和无法智能化读取刻度的问题,本文采用自动读取技术,使用高精度摄像头SLA1390-17fm,配合镜头C2514-M,采用数字图像处理技术进行刻度匹配,自动读取BJB-Ⅰ型因瓦标准尺刻度,并且可以形成闭循环,智能化程度大大提高。

2 数字图像处理技术

数字图像处理技术具有测量精度高、不受气象因素影响(如气温、气压、相对湿度)的优点。

2.1 工作原理

如图1所示,在因瓦尺上每5cm做一个数字刻度,CCD摄取到图像后,液位图像信号经过A/D转换,然后通过图形采集卡送入计算机系统,计算机通过软件首先识别数字码H1值,同时进行边缘检测得到液面差值ΔH,经过计算可以得到液面高度H=H1+ΔH。

采用这种方法,准确程度大大提高,CCD摄像头精度可以达到0.1mm,即使考虑其它误差影响,其精度也会小于2mm,技术指标得到很大提高,并且更加稳定、更加智能化。

2.2 硬件部分

(1)因瓦标准尺,使用BJB-Ⅰ型因瓦标准尺,精度极高,具体参数见表1。

(2)工控机部分:采用研祥TGV-4MEV型, 具有2.13G主频双核处理器、独立显卡512M显存、2G内存、支持1个PCI-Ex16、4个PCI-Ex1、4个PCI扩展槽,可确保满足计算速度和精度。

(3)摄像头:使用德国Basler工业相机,分辨率1392 x 1040,帧频17Hz,保证输出高品质的图像信息。

2.3 软件部分

采用专业化强、可靠性高的Visual C++ 6.0进行编程,运行过程见图2,3。

3 分析与讨论

因瓦标准尺全长10m,每5cm进行刻度,在本方案中,识别效果很好,不会出现读取错误问题。测量重复性能好,精度很高。光源形状采用环形光源,目前基本可以满足要求,进一步试验调试后可以达到更加效果。

4 结语

本方法实现了采用图像处理技术读取刻度值,为最终实现读取液位值打好铺垫,液位刻度值可以实现测量分辨力小于0.1mm,最大允许误差小于2mm,处于国内领先地位,为我国海洋预报、海洋综合管理、海洋国际合作以及海洋国防建设做出了应有的贡献,为研究新的水位测量方法提供良好的基础平台。

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[2] 吴琼,张国雄,樊玉铭.基于CCD摄像法进行液位测量的研究[J].宇航计测技术,2008(4):1-4.

[3] 郭立功.液位计自动检测系统的研制[J].计量学报,2007(9):261-264.

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