一种可视化液位检测装置及方法
阅读说明：本技术 一种可视化液位检测装置及方法 (Visual liquid level detection device and method ) 是由 范钧 吕国皎 于 2021-03-25 设计创作，主要内容包括：本发明提出了一种可视化液位检测装置及方法。该可视化液位检测装置及方法中的检测装置包含相机阵列及漂浮目标物；所述相机阵列由多台相机在一维方向上排列而成；各相机拍摄图像的左右方向与相机阵列的排列方向保持一致；各相机镜头光轴方向平行；所述漂浮目标物密度小于所测液体,能漂浮于其上,其颜色与所测液体存在明显差异。该可视化液位检测装置及方法中的检测方法为通过相机阵列对漂浮目标物进行拍摄,并依托漂浮目标物的视差信息,分别按步骤计算获得漂浮目标物相对于各相机光轴的水平夹角、相机阵列到目标漂浮物距离在相机光轴方向的投影长度及漂浮目标物相对于相机阵列的垂直高度,即液面位置。(The invention provides a visual liquid level detection device and method. The detection device in the visual liquid level detection device and the visual liquid level detection method comprises a camera array and a floating target object; the camera array is formed by arranging a plurality of cameras in a one-dimensional direction; the left and right directions of the images shot by the cameras are consistent with the arrangement direction of the camera array; the optical axis directions of all camera lenses are parallel; the density of the floating target object is less than that of the measured liquid, the floating target object can float on the measured liquid, and the color of the floating target object is obviously different from that of the measured liquid. The detection method in the visual liquid level detection device and method is characterized in that a camera array is used for shooting a floating target object, and the horizontal included angle of the floating target object relative to each camera optical axis, the projection length of the distance from the camera array to the target floating object in the direction of the camera optical axis and the vertical height of the floating target object relative to the camera array, namely the liquid level position, are obtained through calculation according to the steps based on the parallax information of the floating target object.)
技术领域
本发明涉及光电技术，更具体地说，本发明涉及一种可视化液位检测装置及方法。
背景技术
传统液位检测装置通常采用压力传感器、激光传感器等对液位进行测量。如压力传感器置于液体底部时，通过水压计算测量液位，激光传感器通过向液面发射激光光束，并通过反射光对液面位置进行测量。以上检测装置并不能直观反映液面状况，且对传感器的实际工作状态无法体现。因此本发明提出了一种可视化液位检测装置及方法，其可以检测液位高度并实时显示液面状况，便于使用者实时掌握检测装置工作情况。
发明内容
为解决传统检测装置无法直观反映液面位置状况，且对检测装置是否正常工作无法实时掌握的问题，本发明提出了一种可视化液位检测装置。
该可视化液位检测装置包含相机阵列及漂浮目标物。
所述相机阵列由多台相机在一维方向上排列而成；各相机拍摄图像的左右方向与相机阵列的排列方向保持一致；各相机镜头光轴方向平行。
所述漂浮目标物密度小于所测液体，能漂浮于其上，其颜色与所测液体存在明显差异。
所述相机阵列对漂浮目标物进行拍摄，并通过漂浮目标物在各相机所拍摄到的图像中的位置，即视差信息，计算获得漂浮目标物空间位置。因漂浮目标物与液面处于同一水平面，故而可测得液面位置。
相机阵列所采集到的图像可以直接利用显示器进行展示，以便于使用者实时掌握被检测液面位置情况及检测装置工作状态，当测量数值与直接在显示器上显示的液面位置存在明显差异时，或显示器上看到漂浮目标物沉没时，检测人员可以得知检测装置工作不正常，并便于及时修理、调整。
可选的，相机阵列中各相机之间的距离不同。
本发明采用以下方法进行液面检测。
第一步，所述相机阵列中的相机对所述漂浮目标物进行拍照，测量所述漂浮目标物相对于各相机光轴的水平夹角。
第二步，利用各相机之间的水平距离，及所述漂浮目标物相对于各相机光轴的水 平夹角计算相机阵列到目标漂浮物距离在相机光轴方向的投影长度D。具体的，设任意两台 相机之间的水平距离为d，所述漂浮目标物相对于两台相机光轴的水平夹角分别为γ i、γ j， 则。
第三步，在垂直方向上，利用所述漂浮目标物相对于相机光轴的垂直夹角α，相机 阵列相对于水平方向的预倾角β及相机阵列到目标漂浮物距离在相机光轴方向的投影长度D，计算所述漂浮目标物相对于相机阵列的垂直高度H，即液面所在位置。具体的， 。
可选的，选择其它的相机组合按照上述步骤，可同时得到多组的液面位置测量数据，排除误差超过三倍标准差的数据组后，可通过求平均值的方法提高液面位置检测的准确度。
综上所述，本发明提出的一种可视化液位检测装置及方法可以直接利用显示器进行液面的显示，以便于使用者实时掌握被检测液面位置情况及检测装置工作状态，同时通过多组相机可以同时得到多组测试数据，并提高液面位置检测的准确度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明目标漂浮物距离在相机光轴方向的投影长度测量原理示意图。
图3为本发明液面的垂直高度测量原理示意图。
图标：100-相机阵列；200-目标漂浮物；101-第一相机；102-第二相机；103-第三相机；104-第四相机。
应该理解上述附图只是示意性的，并没有按比例绘制。
具体实施方式
图1为本实施例提供的一种可视化液位检测装置。图中x坐标表示空间中的水平方向，y坐标表示空间中的垂直方向，z表示与x-y平面垂直的方向。
请参照图1，该可视化液位检测装置包含相机阵列100及漂浮目标物200。
请参考图2，所述相机阵列由第一相机101、第二相机102、第三相机103及第四相机104在水平一维方向上排列而成；各相机拍摄图像的左右方向与相机阵列的排列方向保持一致；各相机镜头光轴方向平行，且与水平面呈20度放置。第一相机101、第二相机102、第三相机103及第四相机104性能参数一致，所拍摄的图像具有3840（H）×2160（V）分辨率，相机水平视角为80度，垂直视角为45度。第一相机101和第二相机102之间的距离为d 1，第二相机102和第三相机103之间的距离为d 2，第三相机103和第四相机104之间的距离为d 3。
所述漂浮目标物200密度小于所测液体，能漂浮于其上，其表面涂覆红色涂料与所测液体存在明显差异。
所述相机阵列100对漂浮目标物进行拍摄，并通过漂浮目标物200分别在第一相机101、第二相机102、第三相机103、第四相机104所拍摄到的图像中的位置，即视差信息，计算获得漂浮目标物200空间位置。因漂浮目标物200与液面处于同一水平面，故而可测得液面位置。
相机阵列100所采集到的图像可以直接利用显示器进行展示，以便于使用者实时掌握被检测液面位置情况及检测装置工作状态，当测量数值与直接在显示器上显示的液面位置存在明显差异时，或显示器上看到漂浮目标物沉没时，检测人员可以得知检测装置工作不正常，并便于及时修理、调整。
具体的，请参考图2，本发明采用以下方法进行液面检测。
第一步，请参考图2，所述相机阵列100中的相机对所述漂浮目标物200进行拍照，测量所述漂浮目标物200相对于各相机光轴的水平夹角。
具体的，漂浮目标物200在第一相机101所拍摄的图像中处于像素阵列第m 1行，第n 1列位置，则其相对于光轴的水平夹角γ 1应为80×(1920-n 1)/3840度；漂浮目标物200在第二相机102所拍摄的图像中处于像素阵列第m 2行，第n 2列位置，则其相对于光轴的水平夹角γ 2应为80×(1920-n 2)/3840度；漂浮目标物200在第三相机103所拍摄的图像中处于像素阵列第m 3行，第n 3列位置，则其相对于光轴的水平夹角γ 3应为80×(1920-n 3)/3840度；漂浮目标物200在第四相机104所拍摄的图像中处于像素阵列第m 4行，第n 4列位置，则其相对于光轴的水平夹角γ 4应为80×(1920-n 4)/3840度。因各相机拍摄图像的左右方向与相机阵列的排列方向保持一致，m 1、m 2、m 3及m 4应相等。
第二步，请参考图2，利用各相机之间的水平距离，及所述漂浮目标物相对于各相 机光轴的水平夹角计算相机阵列100到目标漂浮物200距离在相机光轴方向的投影长度D。 具体的，设任意两台相机之间的水平距离为d，所述漂浮目标物200相对于两台相机光轴的 水平夹角分别为γ i、γ j，则。
具体的，以第一相机101和第二相机102为例，其通过第一步测得所述漂浮目标物 200相对于第一相机101光轴的水平夹角分别为γ 1、相对于第二相机102光轴的水平夹角为γ 2，第一相机101和第二相机102间距为d 1，则有相机阵列100到目标漂浮物200距离在相机 光轴方向的投影长度。
第三步，请参考图3，在垂直方向上，利用所述漂浮目标物200相对于相机光轴的垂 直夹角α，相机阵列100相对于水平方向的预倾角β及相机阵列100到目标漂浮物200距离在 相机光轴方向的投影长度D，计算所述漂浮目标物200相对于相机阵列100的垂直高度H，即 液面所在位置。具体的， 。
具体的，因漂浮目标物200在第一相机101所拍摄的图像中处于像素阵列第m 1行， 在第二相机102所拍摄的图像中处于像素阵列第m 2行，且m 1、m 2、m 3及m 4相等，则所述漂浮目标 物相对于相机光轴的垂直夹角α应为45×(1080-m 1)/2160度。各相机镜头光轴方向平行，且 与水平面呈20度放置，即相机阵列相对于水平方向的预倾角β为20度。则所述漂浮目标物 200相对于相机阵列100的垂直高度H 12应有，即液面所在位置。其 中H 12的下标12表示，该数据由第一相机101及第二相机102联合测量得出。
进一步，按照上述步骤，选择第一相机101、第三相机103组合可得H 13；选择第一相机101、第四相机104组合可得H 14；选择第二相机102、第三相机103组合可得H 23；选择第二相机102、第四相机104组合可得H 24；选择第三相机103、第四相机104组合可得H 34。在上述多组测量数据中排除误差超过三倍标准差的数据组后，对其求平均值可提高液面位置检测的准确度。
综上所述，本发明提出的一种可视化液位检测装置及方法可以直接利用显示器进行液面的显示，以便于使用者实时掌握被检测液面位置情况及检测装置工作状态，同时通过多组相机可以同时得到多组测试数据，并提高液面位置检测的准确度。
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