基于图像处理的液位测量技术通过分析贮箱内液面图像实现液位测量。区别于传统的液位测量技术,基于图像处理的液位测量技术可以有效避免毛细、粘滞等效应对测量结果的影响。由于基于图像处理的液位测量无需额外的测量管路,因此具有体积小,重量轻,安装方便的优点。此外,液面图像包括了更为丰富的信息,通过图像处理,我们不仅可以提取液位高度,还可以进一步得到沸腾、晃动等液面状态。基于以上优点,基于图像处理的液位测量技术在运载火箭推进剂贮箱液位测量和其他相关液位测量领域具有广阔的应用及发展前景。本文提出并完成了一套基于图像处理的低温贮箱液位测量系统,系统由图像处理软件算法、相机、温控模块和防护结构等组成。为了更好地检测火箭飞行过程中的晃动液面,在对多种图像液位测量方法进行分析比较后,我们采用了基于液面边缘特征检测和液面轮廓模式识别的测量算法。该方法运算量较小,具有较好的实时性和可行性。为了在低温推进剂环境下稳定地采集图像,我们较为全面地分析了低温贮箱热环境对相机的影响以及摄像机在易燃易爆环境中的可靠性和安全性,结合相关文献,完成了相关温控部件和防护结构。试验结果表明,该测量系统可以达到毫米级的测量精度。在软件算法方面,我们先对原始图像进行灰度化处理,随后采用圆形结构元素进行膨胀操作,再用形状稍大的圆形结构元素进行腐蚀操作,以突出液面轮廓,完成图像预处理。综合考虑检测效果、运行时间和算法复杂程度,我们采用Sobel算子提取液面轮廓,并加入自适应阈值模块,适用于更多环境。传统的霍夫变换在检测圆形的过程中需要多次遍历图像元素,为了缩短计算时间,加入先验信息减少非零点个数,提高阈值降低待匹配点集数,从而提高算法效率,得到液位像素坐标。最后,我们利用测量系统与贮箱的相对坐标和系统成像模型获取液面的空间位置信息,完成液位测量。在相机系统方面,我们根据低温推进剂贮箱的环境特点,开展相机系统的热环境分析,利用数值仿真软件对测量系统进行了热仿真,基于仿真结果设计实现了系统的温控和防护结构。系统防护外壳采用不锈钢1Cr18Ni9Ti,以三段式设计加入石英玻璃窗口和铟丝密封圈。隔热层采用聚氨酯填充,同时使用聚四氟乙烯、聚酰亚胺连接系统和壳体,以减少热传导。此外,采用PT1000电阻监控系统工作温度,并用电加热膜对系统电子学单元和光学系统加热,以维持系统工作温度。在应用验证方面,我们针对低温推进剂贮箱中液面平缓和液面起伏的状态进行试验设计,得到液面静态和动态情况下的液位结果。试验结果表明,所提方法与实际状态较为相符,且该方法应用于静态液面或是动态液面,测量误差均在5mm以内。