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指针式仪表信息采集系统研究

程庆国  
【摘要】:指针式仪表广泛应用在工业测量和控制领域中,是测量信号的重要工具。它成本低,读数稳定,一般不需要额外供电电源,在数字化时代,依然有着不可替代的作用。为了保证读数的精度,需要定期校验。校验过程较为繁琐。所以研究指针仪表自识别技术非常重要。 将机器视觉应用于校验系统,国内外都取得了一些研究成果,产生了一些比较成熟的处理手段。然而针对高精度、大表盘的仪表图像的处理,相关资料比较少,本文的研究具有一定的实际意义。 本文主要做了以下几个方面的工作: 1.校表系统的搭建: 本文对摄像头及程控数据源的选取和相应设备在系统中的自动控制方法进行了讨论。系统采用免驱动的130万像素摄像头,在VC平台中利用OpenCv开源程序库进行图像的采集;采用同轴光源照明,减小光照条件对图像采集质量的影响;采用安捷伦公司的E3640A作为数控标准源,在VC平台通过GPIB标准编程实现了数控标准源的远程控制。 2.仪表图像的定位分割: 针对采集到的仪表图像的特点,结合仪表面板的表盘和其他部件之间有比较明显的分界的特征,本文采用最大类间方差法(OTSU)自动确定分割阈值,然后依据这一阈值从横纵两个方向分割出仪表表盘。 3.仪表图像预处理: 主要有两部分:一是采用自适应MSR滤波方法算法,消除采集大尺寸图像时光照不均的影响,同时这种方法也增强了背景和目标图像的对比度,有利于图像的后续处理;二是针对仪表图像指针区排列为圆弧形的特点,在采用Sobel算子提取边缘,细化及跟踪之后,采用离散霍夫变换拟合指针区所在的圆,根据拟合的圆的参数将指针区和字符说明区分离。 4.仪表读数研究: 在提取的指针区,经过全局和局部两次二值化之后去除数字和镜面。得到干净的刻度二值图像。本文采用了一种全新的读数方法:在刻度图像上,以旋转中心做一条和所有刻度线相交的的圆弧,通过这条圆弧确定每个刻度线的倾斜角度。读数时,在提取读数指针后,将其倾斜角度和刻度的倾斜角度进行比对来读取示数。 本系统用WINDOWS VC++平台编程,实现了图像的获取,预处理和读数识别等的自动化功能,具有一定的实用价值。


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