数字图像处理技术在水平测控系统中的应用.docVIP

数字图像处理技术在水平测控系统中的应用

摘要由于工业生产过程的多样性，普通的水平仪装置常受外部因素的影响。本文介绍一种新的基于数字图像处理的水平控制系统，与CCD摄像机技术结合形成一种新的测量方法。固定波束是激光测量的测量需求，它在物体表面上形成一个特殊的光点，我们可以根据这些点的变化范围或移动的距离来测量。从实验中我们可以看到，基于CCD的水平测量方法不仅抗干扰能力强，可用性好，适应性方便，而且还适用于各种更复杂的工业应用。

关键词：数字图像处理;水平测量和控制;水平仪;CCD摄像机

1、引言

目前，水平测量被广泛应用在工业上。在任何时间和任何地点都必须对各种原料和成品在每一个生产过程中的动力运输和传递，以及容器中材料的数量了解清楚。当阻塞运输发生，水平测量技术的概念被提出应用在工业自动化中。水平测量装备称为水平仪，它与普通装备不同能适应各种各样的工业条件，如温度的影响和变化，湿度，频率，超声波，电磁波，以及经常测量。水平测量有许多准则，如：雷达、电阻、电容、音叉,静压力、辐射、超声波、射频导纳、阻力旋转、锤、等等。但它仍不能涵盖工业材料要求的所有条件，仍然需要从实际情况出发并根据个别的，特殊的站点需求来专业的和深入的研究和发展水平仪。

与其它设备制造业相同，我们对水平测量和控制技术的研究和发展比西方国家起步较晚。由于各种工业生产的需求，水平测量和控系统的必要性是紧迫的，但我们的技术水平还远远达不到要求，造成了一些外企公司垄断市场的现象。如今，对于工业生产中的水平测量技术学者探讨出一种新的技术解决方法，即水平测量系统的数字图像处理技术。它适应水平测量和控制的所有场景，其主要原理是可以把测量转换为数据和图像，因此我们能直接和精确的计算测量。

2、数字图像处理技术

在五十年代当数字计算机的发展发展到某一水平时数字图像处理技术是一种相对较新的技术，是计算机应用的一个新的发展领域。把图像转换为数字矩阵并存储在计算机中，或者将应用显示在计算机上，还有一系列图像处理如增强，分割，相加等。现在数字图像处理技术的应用领域相当广泛。主要应用技术是图像输入输出技术，图像分析，变换预处理技术，图像识别和提取图像特征相关信息技术。直到六十年代和七十年代，数字图像处理才有了进一步的发展，进步和

提高。所涉及的领域在不断的增加和扩展，本文主要介绍水平测量和控制系统的数字图像处理技术。

数字图像处理技术主要强调图像处理技术，水平测量的主要测量参数和测量材料的表面区域。因此，材料表面图像处理的水平测量精度非常重要，具体包括以下两个方面[1]。

2.1图像分割

图像分割处理就是从图像的子体背景中分离主要目标。图像分割最简单最基础的方法就是首先设置一个阈值然后再进行转换。比阈值大的像素灰度级设置为1，比阈值小的设置为0。因此一个多级灰度图像转变为二值图像。这种方法被称为简单阈值方法。此方法很简单，应用也很广泛，但它在水平测量中应用并不多。由于在不同的高度和各种因素如大气的影响，材料的图像灰度值不同。因此，用简单阈值将造成很大的错误。

其主要准则是把图像分割为若干块，其中有50%的重叠，大小是64x64。然后每一块单独绘制直方图。如果直方图表示明显的双峰特征，简单阈值方法可以直接使用。其它阈值的获得可以通过周围像素插值来确定所有64x64块的阈值；用二次插值来确认32x32块的阈值，等等，直到每个块都有自己的阈值。具体性能请参考图片1，即用这种方式获得的分割后的图像[2]。

图1，原材料的原图及分割后的图像。

图3液位测量系统示意图

4.2水平测控的基本准则

首先，准确设置CCD摄像机和材料容器之间的位置。相关草图如图4，作为一般准则，CCD摄像机和材料容器是对角关系，且在同一平面上。CCD摄像机平面和材料表面之间的角设为，是CCD摄像机平面和容器底部之间的夹角。可以观察到容器的一般大小比CCD摄像机和容器之间的距离要小的多，因此：。

得到以下近似关系（1）：。关系中：是指容器的物质层面，指容器的高度，是CCD摄像机所获得物体表面图像的面积，是指容器横截面的面积[8]。

图4CCD摄像机和容器位置关系草图

根据式（1），把上面的图像区域转换为高度是很方便的，当容器截面的形状是其他形状，如椭圆形，圆形和菱形等，但不管其形状如何变化，在数字图像面积和物质表面之间总会有相似的单调递增函数。然而，应该注意到，图中指所允许的最高材料高度，是指材料的最低高度。

4.3系统控制算法的设计

对于在工业生产中一些材料的测量，控制物料的流动性是非常关键的一步，所谓的液位测量其主要目的之一是控制材料的流动。这涉到系统的设计和控制算法。在不同的生产工艺阶段，对原料的需求