摘 要

玻璃液面维持一定是生产玻璃过程中的一项非常重要工艺环节, 因为稳定的玻璃液面不仅可以确保熔化质量，而熔化质量的好坏确定了玻璃的质量，稳定的玻璃液面还可以延长玻璃窑的使用周期和使用时间。因此，选择恰当的玻璃熔窑液面控制系统, 对监测熔化质量、提高玻璃质量有着极为重要的效果。

图像处理式玻璃熔窑液面检测系统有很多方面的优点，不仅费用低廉，在测量技术方面由于其能够实行非接触性检测，可以免去玻璃熔窑使用中的高温、有毒、人不易进入这些不利因素。本文主要做了如下研究工作：

利用OpenCV这种用于数字图象处理和计算机视觉的函数库，应用C 语言作为开发语言，在Visual Studio2012的编译平台下，在Windows系统下编写了图像处理式玻璃熔窑液位高度检测系统应用软件。该系统主要包括由CCD摄像机构成的图像采集单元和基于计算机的图像处理单元，主要是利用OpenCV函数库对CCD摄像机采集到的图片进行处理，从实际的形式转换为由像素点灰度值表示的数字图像,再对获得的图像进行边缘提取、模式识别和计算实现监测液位高度的功能。

在本文本文设计的试验平台下进行实验，并对实验数据进行分析。实验结果表现了良好的实时性和准确性，能够对玻璃熔窑的液位高度准确监测。由于本文研究的软件系统在Windows操作系统下完成，本文研究的系统能否顺利与其他的操作系统或者嵌入式系统还待进一步研究，同时如何提高此平台的通用性和鲁棒性也是改进该系统的进一步研究内容。

关键词： 玻璃熔窑； 液位检测；图像获取；图像处理；OpenCV

Abstract

The glass level maintain is the production process of glass in a very important process, because stable glass level can not only ensure the quality of melting, and melting quality is good or bad identified glass quality, stable glass level can also extend the glass kiln using cycle and the use of time. Therefore, selection of appropriate glass melting furnace level control system, for monitoring the quality of fusion, improve the quality of glass has a very important effect.

Image processing of glass melting furnace level detection system has many advantages, not only the cost is low, in measuring technology due to its ability to implement non-contact detection can removed from the use of glass melting furnace of high temperature, toxic, it is not easy for people to enter the these unfavorable factors. In this paper, the main research work as follows:

Using the opencv library for digital image processing and computer vision,using C language as a development language, under the compiler platform of visual studio2012, under the windows system write the type of glass melting furnace level height detection system application software image processing. The system mainly includes composed of CCD camera image acquisition unit and computer based image processing unit, mainly use opencv library to process the CCD camera to capture images, from the actual conversion on the grounds of pixel gray value representation of digital image, and then to obtain The image edge extraction, pattern recognition and calculation to achieve the function of monitoring the height of the liquid level.

In this paper, the design of the experiment platform in experiment and analysis of the experimental data. Experimental results show good real-time performance and accuracy, can for a glass melting tank liquid level accurate monitoring. Due to the software system under Windows operating system, the system in this paper can smoothly and other operating systems or embedded systems also need to be further studied, and how to improve the versatility and robustness of this platform is improved further research content of the system.

Key Words: Glass melting furnace ; Liquid level detection ;image acquisition ;image processing ; OpenCV ;

目录

第1章 绪论 1

1.1 课题背景及研究意义 1

1.2 国内外研究与应用现状 1

1.3 本课题的研究内容与创新点 2

1.4 本章小结 3

第2章 玻璃熔窑液位高度检测系统构建 4

2.1液位高度检测系统的检测原理 4

2.2玻璃熔窑液位高度检测系统图像获取的硬件配置 4

2.2.1 光源 4

2.2.2 CCD摄像机 5

2.2.3 图像采集卡 5

2.3玻璃熔窑液位高度检测系统图像处理工具 6

2.3.1 OpenCV概述 6

2.3.2 OpenCV2.3在Visual Studio2010中的配置 7

2.4玻璃熔窑液位高度检测系统的模块化软件平台 8

2.5 本章小结 8

第3章 基于图像处理的玻璃熔窑液位高度获取算法原理 9

3.1 图像预处理算法原理 9

3.1.1玻璃熔窑液位高度的图像获取与显示原理 9

3.1.2玻璃熔窑液位高度的图像噪点消除原理 9

3.1.3 玻璃熔窑液位高度图像的灰度二值化原理 10

3.1.4玻璃熔窑液位高度图像的轮廓获取原理 11

3.2 玻璃熔窑液位高度获取原理 11

3.3 本章小结 12

第4章 玻璃熔窑液位高度检测系统软件详细设计 13

4.1操作界面与程序功能设计 13

4.2程序流程图 14

4.3玻璃熔窑液位高度检测系统软件系统的编写与实现 14

4.3.1玻璃熔窑液位高度检测系统图像获取与显示算法的编写与实现 14

4.3.2玻璃熔窑液位高度检测系统图像噪点消除算法的编写与实现 15

4.3.3玻璃熔窑液位高度检测系统图像灰度二值化算法的编写与实现 16

4.3.4 玻璃熔窑液位高度检测系统图像轮廓绘制算法的编写与实现 17

4.3.5 玻璃熔窑液位高度检测系统液位高度计算算法的编写与实现 18

4.3.6玻璃熔窑液位高度检测系统操作平台的编写与实现 20

4.4 本章小结 21

第5章 玻璃熔窑液位高度检测系统实验与结果分析 22

5.1玻璃熔窑液位高度检测系统试验平台的搭建 22

5.2软件运行结果与误差分析 23

5.3 本章小结 26

第6章 总结与展望 27

参考文献 28

致 谢 29

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究意义

玻璃液面在熔化过程中保持稳定是玻璃生产过程中的一项重要工艺环节，一般来说，玻璃生产按照如下工艺流程来进行:配料一熔化一成型一退火一玻璃切割及输送。按照配方混合配比好的配料,经过玻璃熔窑的高温加热熔化成玻璃液的过程,称之为玻璃熔化或者玻璃熔制的过程,这一过程主要目的是要获得均匀、纯净、透明、适合成型的玻璃液,是生产玻璃中不可或缺的重要环节。

在玻璃生产过程中,随着拉引量和速度的变化带来玻璃液面的变化,熔化速度和质量对玻璃产品的品质以及熔窑的使用寿命影响很大。因为液面波动面造成的不稳定会影响玻璃的产量、质量，另外还会加剧玻璃液对池壁的腐蚀。因此玻璃熔液的不稳定不仅使生产的玻璃存在许多缺陷，还会减短玻璃熔窑的使用寿命。

因此在玻璃熔窑中进行玻璃生产时，有一点很重要，就是要控制玻璃液面的高度，而控制玻璃液面的高度就需要先检测出玻璃液面的高度。由于玻璃熔窑内部温度较高（1300°C—1400°C），同时玻璃熔窑是封闭的，所以不能对玻璃液面高度直接检测，因而人们发展出了多种间接检测的方法来检测玻璃液面的高度，如固定探针检测系统，随动探针检测系统，激光检测系统，但是这些方法有的价格昂贵，有的容易损坏，因而在应用上都有局限性。对比与上述已经在使用的方法，图像测量作为一种廉价、稳定、高效的新型检测方案在玻璃液面高度检测中运用的越来越广泛。

由于图像处理式液位高度检测系统在硬件方面的要求只需要采集系统和计算处理装置，大部分的过程靠软件开发完成，无论是新建玻璃窑还是对旧窑进行改造，费用都是极其低廉的，因此可以广泛应用于工业生产。