專利名稱：一種基于水準(zhǔn)泡的傾角測量方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種傾角測量的方法及其裝置，特別涉及一種基于水準(zhǔn)泡的傾角測量方法及其裝置。
背景技術(shù)：
在安裝大型設(shè)備時(shí)，為保證設(shè)備的安全使用，一般都需要對設(shè)備的傾斜程度和傾斜角度進(jìn)行測量。比較傳統(tǒng)并且目前還比較常用的測量方法就是利用水平尺或經(jīng)緯儀放置在設(shè)備平面上，通過人眼來觀察傾斜的程度，無疑這種方法是不精確、誤差極大的。為了提高測量的精度，不少的組織和個人嘗試了一些利用現(xiàn)代電子科學(xué)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的方法，如一些使用新型的敏感元器件，把角度變化轉(zhuǎn)化為電信號輸出的方法。但是由于敏感電子元件大多存在的溫漂和時(shí)漂、易受環(huán)境干擾等問題，使得測量的結(jié)果不穩(wěn)定，或者精度達(dá)不到要求。中國專利說明書CN200820016057.0公開了一種視覺方法傾角測量裝置。該裝置包括殼體和傾角顯示裝置，殼體包括上、下端蓋，殼體內(nèi)安裝有隔板，隔板上部的殼體內(nèi)安裝有傾角測量標(biāo)志物及傾角傳感器，測量電路板安裝在隔板下部的殼體內(nèi)，傾角傳感器與傾角測量電路板電連接，傾角測量電路板與顯示裝置電連接。該裝置確實(shí)可以較為有效的測量傾角值，但是由于該裝置的傾角測量標(biāo)志物采用的是重力擺，因此測量時(shí)所需要的穩(wěn)定時(shí)間很長，極易受到細(xì)微干擾的影響，測量精度不高。此外，目前的傾角傳感器的主要工作原理有三種:采用重力擺結(jié)構(gòu)，通過對重力方向的敏感來實(shí)現(xiàn)傾斜角度的測量；第二種是采用電感測量傳感器，用于確定可以相對于固定外殼移動的物體的位置測量傾角；還有一種是電磁式傾角傳感器。其中后兩種由于原理以及測量方法的局限，精度都不高。而重力擺式的傾角傳感器按期敏感介質(zhì)分，可分為固體擺、液體擺以及氣體擺， 其中以液體擺的精度最為高。現(xiàn)在很多的傾角傳感器正是采用了液位的變化引起電感、電容、阻抗的變化來實(shí)現(xiàn)高精度的傾角測量，但是由于電子元器件的溫漂和時(shí)漂，造成了只能在溫度環(huán)境好的情況下用于短時(shí)間的測量。水準(zhǔn)泡實(shí)際上就是一種以液體為敏感介質(zhì)的傳感器，它廣泛應(yīng)用于各種光電儀器如水平儀、電子稱、經(jīng)緯儀等。這些儀器中，水準(zhǔn)泡的作用主要是用來指示某一軸線是否處于水平或鉛垂位置，而很少有直接用于對傾角的測量的。本發(fā)明的工作就是利用水準(zhǔn)泡的高精度以及對傾斜的高靈敏度的特點(diǎn)，通過處理CCD攝像頭獲得的水準(zhǔn)泡圖像，從而實(shí)現(xiàn)對傾角的測量。本發(fā)明基于上述專利，創(chuàng)造性的改進(jìn)了該專利的不足，有效提高了對設(shè)備的傾斜程度和傾斜角度進(jìn)行測量的精度并節(jié)省了測量時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，為克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，提供一種測量傾角值的方法及裝置。
為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供了一種基于水準(zhǔn)泡的傾角測量方法，該方法用于對某設(shè)備較小的傾斜角度值做出測量，所述方法具體為:采集放置于待測設(shè)備平面上的水準(zhǔn)泡的圖像，當(dāng)設(shè)備平面發(fā)生傾斜時(shí)，通過處理采集的水準(zhǔn)泡的圖像獲取該水準(zhǔn)泡中的氣泡相對于所述平面水平時(shí)該氣泡所在的平衡位置的移動距離，將移動距離轉(zhuǎn)化為被測平面設(shè)備的傾斜角度。上述技術(shù)方案中，所述水準(zhǔn)泡為圓形水準(zhǔn)泡和管狀水準(zhǔn)泡。上述技術(shù)方案中，當(dāng)傾斜角度較小時(shí)所述氣泡的移動距離與傾斜角度間的關(guān)系是線性的，具體采用下式將氣泡的位置變化量轉(zhuǎn)換為待測設(shè)備的傾斜角度:α = ( Θ /2)*d(I)其中，d為氣泡的移動距離d，單位為mm ； Θ是水準(zhǔn)泡的角值。所述圓形水準(zhǔn)泡的氣泡移動距離d通過以下步驟獲取:采集圓形水準(zhǔn)泡的圖像并進(jìn)行截取，對截取的圖像進(jìn)行去噪、增強(qiáng)和細(xì)化處理提取水準(zhǔn)泡上的分劃圈以及水準(zhǔn)泡里的氣泡輪廓，依據(jù)提取的分劃圈及氣泡輪廓建立坐標(biāo)系確定分劃圈及氣泡輪廓各自對應(yīng)的圓心的坐標(biāo)值，根據(jù)計(jì)算的兩個圓心的坐標(biāo)值最終確定氣泡移動的距離d ;其中，所述分劃圈及氣泡均為圓形。所述管狀水準(zhǔn)泡的氣泡移動距離d通過以下步驟獲取:步 驟101)圖像采集裝置獲取水準(zhǔn)泡圖像；步驟102)將獲取的水準(zhǔn)泡圖像分成三部分，第一部分和第三部分分別包含左右分劃線，所述第二部分包含部分或全部的氣泡；步驟103)對第一和第三部分分別進(jìn)行處理提取左分劃線和右分劃線，對第二部分采用帶有增強(qiáng)效果的灰度化策略提取出其所包含的氣泡輪廓；步驟104)通過搜索策略從提取的氣泡輪廓上搜索獲取氣泡的端點(diǎn)；步驟105)依據(jù)搜索的氣泡端點(diǎn)與左分劃線或右分劃線的距離確定氣泡的移動距離d。優(yōu)化的，步驟103)所述提取左分劃線和右分劃線的處理方法具體為依次執(zhí)行如下處理:對采集的包含左右分劃線的第一和第三部分的彩色圖像灰度化、閾值化處理、圖像二值化、去噪處理及細(xì)化平滑；所述提取氣泡輪廓的處理方法具體為依次執(zhí)行如下處理:對采集的包含氣泡的第二部分的彩色圖像灰度化、閾值化處理、圖像二值化及去噪處理。優(yōu)化的，所述對采集的包含氣泡的第二部分的彩色圖像灰度化策略進(jìn)一步包含如下子步驟:首先，計(jì)算R、G、B三分量對X和y的偏微分以得到各個分量的梯度圖，所述偏微分分別用如下兩個模板來進(jìn)行偏微分計(jì)算:
權(quán)利要求
1.一種基于水準(zhǔn)泡的傾角測量方法，該方法用于對某設(shè)備較小的傾斜角度值做出測量，所述方法具體為: 采集放置于待測設(shè)備平面上的水準(zhǔn)泡的圖像，當(dāng)設(shè)備平面發(fā)生傾斜時(shí)，通過處理采集的水準(zhǔn)泡的圖像獲取該水準(zhǔn)泡中的氣泡相對于所述平面水平時(shí)該氣泡所在的平衡位置的移動距離，將移動距離轉(zhuǎn)化為被測平面設(shè)備的傾斜角度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于水準(zhǔn)泡的傾角測量方法，其特征在于，所述水準(zhǔn)泡為圓形水準(zhǔn)泡和管狀水準(zhǔn)泡。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于水準(zhǔn)泡的傾角測量方法，其特征在于，當(dāng)傾斜角度較小時(shí)所述氣泡的移動距離與傾斜角度間的關(guān)系是線性的，具體采用下式將氣泡的位置變化量轉(zhuǎn)換為待測設(shè)備的傾斜角度:α = ( Θ /2) *d ; 其中，d為氣泡的移動距離d，單位為mm ； Θ是水準(zhǔn)泡的角值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于水準(zhǔn)泡的傾角測量方法，其特征在于，所述圓形水準(zhǔn)泡的氣泡移動距離d通過以下步驟獲取:采集圓形水準(zhǔn)泡的圖像并進(jìn)行截取，對截取的圖像進(jìn)行去噪、增強(qiáng)和細(xì)化處理提取水準(zhǔn)泡上的分劃圈以及水準(zhǔn)泡里的氣泡輪廓，依據(jù)提取的分劃圈及氣泡輪廓建立坐標(biāo)系確定分劃圈及氣泡輪廓各自對應(yīng)的圓心的坐標(biāo)值，根據(jù)計(jì)算的兩個圓心的坐標(biāo)值最終確定氣泡移動的距離d ； 其中，所述分劃圈及氣泡均為圓形。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于水準(zhǔn)泡的傾角測量方法，其特征在于，所述管狀水準(zhǔn)泡的氣泡移動距離d通過以下步驟獲取: 步驟101)圖像采集裝置獲取水準(zhǔn)泡圖像； 步驟102)將獲取的水準(zhǔn)泡圖像分成三部分，第一部分和第三部分分別包含左右分劃線，所述第二部分包含部分或全部的氣泡； 步驟103)對第一和第三部分分別進(jìn)行處理提取左分劃線和右分劃線，對第二部分采用帶有增強(qiáng)效果的灰度化策略提取出其所包含的氣泡輪廓； 步驟104)通過搜索策略從提取的氣泡輪廓上搜索獲取氣泡的端點(diǎn)； 步驟105)依據(jù)搜索的氣泡端點(diǎn)與左分劃線或右分劃線的距離確定氣泡的移動距離d。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于水準(zhǔn)泡的傾角測量方法，其特征在于， 步驟103所述提取左分劃線和右分劃線的處理方法具體為依次執(zhí)行如下處理:對采集的包含左右分劃線的第一和第三部分的彩色圖像灰度化、閾值化處理、圖像二值化、去噪處理及細(xì)化平滑；所述提取氣泡輪廓的處理方法具體為依次執(zhí)行如下處理:對采集的包含氣泡的第二部分的彩色圖像灰度化、閾值化處理、圖像二值化及去噪處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于水準(zhǔn)泡的傾角測量方法，其特征在于，所述對采集的包含氣泡的第二部分的彩色圖像灰度化策略進(jìn)一步包含如下子步驟: 首先，計(jì)算R、G、 B三分量對X和y的偏微分以得到各個分量的梯度圖，所述偏微分分別用如下兩個模板來進(jìn)行偏微分計(jì)算:
8.一種基于水準(zhǔn)泡的傾角測量裝置，該裝置用于對某設(shè)備較小的傾斜角度值做出測量，所述傾角測量裝置包含:殼體和傾角顯示單元，其特征在于，所述傾角測量裝置還包含:水準(zhǔn)泡、圖像采集單元和傾角測量計(jì)算單元； 所述殼體軸向從上向下進(jìn)一步包含:上蓋板、中間隔層、平的底蓋板；所述水準(zhǔn)泡固定于底蓋板的中心，所述圖像采集單元設(shè)置在隔板下表面正對所述水準(zhǔn)泡的上方，所述傾角測量計(jì)算單元固定于隔板的上表面，該傾角測量計(jì)算單元的輸入端和輸出端分別與所述圖像采集單元和傾角顯示單元電連接； 其中，所述傾角測量計(jì)算單元通過對圖像采集單元采集的水準(zhǔn)泡的圖像進(jìn)行處理，得到水準(zhǔn)泡中的氣泡相對于其平衡位置處的位置變化量，最終計(jì)算出待測設(shè)備的傾斜的角度并進(jìn)行輸出；所述平衡位置為當(dāng)水準(zhǔn)泡放置在水平平面上時(shí)其包含的氣泡所在的位置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于水準(zhǔn)泡的傾角測量裝置，其特征在于，所述的傾角測量裝置還包含若干光源，所述光源均勻布設(shè)于隔板下表面的最外圓周上與所述傾角測量計(jì)算單元電連接； 其中，所述水準(zhǔn)泡為圓形水準(zhǔn)泡或管狀水準(zhǔn)泡。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于水準(zhǔn)泡的傾角測量裝置，其特征在于，所述傾角測量計(jì)算單元進(jìn)一步包含: 采集圖像截取模塊，用于每隔一定的時(shí)間對圖像采集單元傳送的視頻圖像截取成單幅的BMP或JPG格式的圖片； 氣泡移動距離d獲取模塊，用于對截取的圖片進(jìn)行相關(guān)處理獲取氣泡移動距離d ;其中，當(dāng)采用管狀水準(zhǔn)泡時(shí)所述相關(guān)處理包含:對截取的彩色圖像進(jìn)行分段、基于分段提取分劃線及氣泡輪廓、搜索氣泡輪廓的端點(diǎn)位置及依據(jù)該端點(diǎn)值與左右分劃線的距離值最終確定氣泡的移動距離d ;當(dāng)采用圓形水準(zhǔn)泡時(shí)所述相關(guān)處理包含:對截取的圖像進(jìn)行處理提取水準(zhǔn)泡上的分劃圈以及水準(zhǔn)泡里的氣泡輪廓，依據(jù)提取的分劃圈及氣泡輪廓建立坐標(biāo)系確定分劃圈及氣泡輪廓各自對應(yīng)的圓心的坐標(biāo)值，根據(jù)計(jì)算的兩個圓心的坐標(biāo)值最終確定氣泡移動的距離d ;和 傾角生成模塊，用于依據(jù)得到的氣泡的移動距離d及已知的氣泡的角值根據(jù)下式確定待測設(shè)備的傾角值；α = ( Θ /2) *d ; 其中，d為氣泡的移動距離， 單位為mm ； Θ是水準(zhǔn)泡的角值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于水準(zhǔn)泡的傾角測量方法及裝置，該方法用于對某設(shè)備較小的傾斜角度值做出測量，所述方法具體為采集放置于待測設(shè)備平面上的水準(zhǔn)泡的圖像，當(dāng)設(shè)備平面發(fā)生傾斜時(shí)，通過處理采集的水準(zhǔn)泡的圖像獲取該水準(zhǔn)泡中的氣泡相對于所述平面水平時(shí)該氣泡所在的平衡位置的移動距離，將移動距離轉(zhuǎn)化為被測平面設(shè)備的傾斜角度?？蛇x的，所述水準(zhǔn)泡為圓形水準(zhǔn)泡和管狀水準(zhǔn)泡。當(dāng)傾斜角度較小時(shí)所述氣泡的移動距離與傾斜角度間的關(guān)系是線性的，具體采用下式將氣泡的位置變化量轉(zhuǎn)換為待測設(shè)備的傾斜角度α＝(θ/2)×d，其中，d為氣泡的移動距離d，單位為mm；θ是水準(zhǔn)泡的角值。本發(fā)明的技術(shù)方案對小傾角的測量有更高的精度和更短的測量穩(wěn)定時(shí)間。
文檔編號G01C9/24GK103206947SQ20121001234
公開日2013年7月17日 申請日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者陳晶晶, 王潤田, 王順杰, 荊成才 申請人:中國科學(xué)院聲學(xué)研究所