视频液位检测系统中的标定技术研究

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视频液位检测系统是一种利用摄像机获取液位图像信息并对其处理来求取液位高度的系统,具有干扰能力强、维护方便、非接触性等优点,正得到广泛而深入的研究。它利用摄像机得到的二维图像来重构物体的三维几何信息,因此确保获取的二维图像的真实性是得到精确测量结果的前提。然而,受镜头制造精度、视觉系统的加工偏差等影响,图像会出现不同程度的畸变,这将会影响视频液位检测系统的测量精度;同时,每次现场安装时摄像头与水平面所成的角度、距离都不一样,如何快速、准确地实现对液位高度的现场标定成为一个需要解决的关键问题。因此,在进行液位高度检测之前必须对图像进行畸变校正和液位高度的标定。本文在深入分析国内外摄像机标定技术研究现状和研究进展的基础上,提出了一套适合视频液位检测系统的标定技术实现方案,分别对图像进行畸变校正和液位高度现场标定,其主要工作如下:(1)在图像畸变校正方面,介绍了图像畸变的种类及模型,分析和介绍了两种典型的畸变校正算法包括Tsai标定方法、张正友标定方法,并提出一种基于图像平面的校正方法。实验结果表明,该方法能有效地校正畸变图像,提高视频检测精度。(2)在液位高度标定方面,详细介绍和分析了两种常用的标定算法:基于交比不变性的标定方法和基于神经网路的标定方法,并提出了基于图像液位检测的标定方法。实验结果表明,该方法能快速、准确地液位高度进行标定,标定的精度性很高。最后,本文对提出的算法进行了编程实现及仿真实验,并在设计的ARM11嵌入式系统上实时地实现上述的算法。所研究的算法和硬件平台已组装成了“嵌入式视频液位检测系统”原理样机,并在几家用户试用,实践证明该系统具有良好的稳定性和很高的检测精度。
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