大范围液位实时跟踪测量系统

论文摘要

本文针对验潮仪液位测量中测量范围大、测量速度快、测量精度高三大特点,设计了一套基于视觉图像处理的高精度、快速的液位自动测量系统。该系统主要包括视觉测量、跟踪控制、潮汐模拟三大模块,实验结果表明该测量系统有着较高的鲁棒性和较高的测量精度。本论文的主要研究内容有:1.分析国内外液位测量方法现状,阐述本课题所设计的大范围液位实时跟踪测量系统的研制背景和应用意义。2.设计大范围液位高度实时跟踪测量系统,以CCD摄像机采集的液位和钢尺图像为基础,经过图像处理过程,完成高精度液位测量。该套系统的技术指标包括:测量范围为0-8m,测量分辨力0.1mm,测量精度达到±1mm。3.编写通信程序,读取环境传感器的测量值,监测测量环境的温度、湿度和大气压强的变化。4.完成液位高度测量系统视觉检测部分的设计,使用模板匹配的方法识别钢尺刻度;利用钢尺刻线图像的结构特征完成钢尺刻线识别;应用边缘检测的方法,识别液位位置,编写速度快、鲁棒性好的图像处理算法。5.设计摄像机自动跟踪测量系统,根据液位实时位置反馈控制电机带动CCD相机跟随液位高度变化,实现对液位高度的实时跟踪测量。6.设计潮汐模拟系统,自动控制进水阀、排水阀的开度,在0.3mm/S2.0mm/S范围内任意设定进水速率,实现液位高度的正弦变化,完成对潮汐现象的过程模拟。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 液位测量国内外研究现状
• 1.2.1 接触式测量方法
• 1.2.2 非接触式测量方法
• 1.3 大范围液位实时跟踪测量系统
• 1.4 本课题的主要研究内容
• 第二章 系统设计
• 2.1 系统总体方案
• 2.2 视觉测量系统的组成
• 2.2.1 相机的选择
• 2.2.2 图像采集卡的选择
• 2.2.3 光源的选择
• 2.3 液位跟踪测量系统
• 2.4 潮汐模拟系统
• 2.5 环境参数测量系统
• 2.6 本章小结
• 第三章 液位高度视觉测量系统
• 3.1 测量原理
• 3.2 图像处理算法
• 3.2.1 图像预处理
• 3.2.2 数字识别
• 3.2.3 刻线识别
• 3.2.4 液位识别
• 3.3 液位高度视觉测量系统实验
• 3.4 本章小结
• 第四章 跟踪控制系统设计
• 4.1 跟踪控制系统硬件选型
• 4.1.1 电机的选择
• 4.1.2 运动控制卡的选择
• 4.1.3 导轨的选择
• 4.2 液位跟踪算法
• 4.3 液位跟踪实验
• 4.4 本章小结
• 第五章 潮汐模拟系统设计
• 5.1 潮汐模拟系统硬件选型
• 5.1.1 电控阀门
• 5.1.2 水泵
• 5.1.3 数据采集卡
• 5.2 潮汐模拟算法
• 5.2.1 阀门工作曲线
• 5.2.2 模拟算法原理
• 5.2.3 潮汐模拟实验
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢