一種基于機(jī)器視覺的儀表讀取方法

1、.1一種基于機(jī)器視覺的儀表讀取方法摘要：從被許多類型產(chǎn)業(yè)采用的ISO 9000或/和ISO / IEC 17025的質(zhì)量管理工程運(yùn)動開場，校準(zhǔn)人員就一直處在提高生產(chǎn)率的壓力之中。這項(xiàng)工作是關(guān)于自動校準(zhǔn)整個儀器過程的機(jī)器視覺方法。這項(xiàng)被提出的機(jī)器視覺方法被用來讀取指針和數(shù)字儀器的示數(shù),它們和電腦之間沒有通信接口如GPIB或RS- 232。為了對儀表指針進(jìn)展識別，這個方法采用了數(shù)字顯示的光學(xué)字符識別技術(shù)，Canny邊緣檢測方法和Hough變換方法用來確定模擬顯示中的直線位置從而加速了數(shù)據(jù)提取過程并使得出錯幾率大大減少。因此,它有助于提高校準(zhǔn)質(zhì)量和降低本錢，增加有質(zhì)量保證的測量儀器的數(shù)量。引言人們在

2、面對重復(fù)性工作時是非常容易出錯的。例如，在校準(zhǔn)的測量儀器時，技術(shù)員一個接一個負(fù)責(zé)在一個電子表格寫下所有的數(shù)據(jù)。如果由*種原因如疲勞，他/她在一個或多個值上犯了一個錯誤，這個校準(zhǔn)過程和其可靠性就失去效果了。為了防止這類問題和提高校準(zhǔn)人員的生產(chǎn)率，自動化水平越高越好。通過通信接口，獲得的數(shù)據(jù)可以被轉(zhuǎn)移到一個主機(jī)的計(jì)算機(jī)，許多現(xiàn)代儀器校準(zhǔn)過程很容易實(shí)現(xiàn)自動化。然而，對于一些數(shù)字或經(jīng)典模擬儀表，由于沒有一個計(jì)算機(jī)接口可能阻礙自動化校準(zhǔn)過程。為了提供一個儀表和主機(jī)之間的接口,機(jī)器視覺系統(tǒng)似乎是一個不錯的解決方案。作為一種重要的工具，機(jī)器視覺在過程自動化領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。例如在汽車工業(yè)中調(diào)整或檢驗(yàn)的汽車

3、的脈速表正在變得更加普遍。同樣,這也被應(yīng)用與在交通管制中自動識別車輛牌照的智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。以前使用機(jī)器視覺校準(zhǔn)測量儀器的一些工作可以在文學(xué)中被發(fā)現(xiàn)。例如，F(xiàn)oiatto et al提出了一個能夠讀取數(shù)字儀表示數(shù)的方法。讀取指針示數(shù)是作者沒有想到的。另一個類似的工作是由Andres完成的,他提出了一個用來讀取數(shù)字和指針式儀表示數(shù)的方法，但這依賴于用戶干的多目標(biāo)任務(wù)。本文提出了一個基于機(jī)器視覺系統(tǒng)的讀取數(shù)字和指針式儀表示數(shù)的方法。一些有趣的計(jì)量問題是機(jī)器視覺似乎有助于提高讀取指針示數(shù)的分辨率，同時提高原始儀器的精度。這里介紹的方法是利用普通機(jī)器視覺設(shè)備高性能和效率的讀取各種各樣的示數(shù)與好性能和效率

4、。本文分為四節(jié)。讀取數(shù)字和指針式儀器讀數(shù)的算法構(gòu)造已給出，它的工作方式在第二節(jié)進(jìn)展了解釋。系統(tǒng)的有效性也進(jìn)展了探討而且在第三節(jié)給出了實(shí)驗(yàn)結(jié)果。最后，在第四節(jié)提出了本卷須知和視角。機(jī)器視覺方法在接下來的局部，提出了一個機(jī)器視覺方法來讀取數(shù)字指針式儀表讀數(shù)。a .解決方案構(gòu)造圖1描述了數(shù)字識別的數(shù)字讀數(shù)和指針識別的儀表讀數(shù)的框圖流程步驟。遵循這個圖,每一塊為每個類型的儀表進(jìn)展詳細(xì)描述。指針識別和返回讀取返回?cái)?shù)字?jǐn)?shù) 值數(shù)字識別直線檢測的Hough變換 二進(jìn)制圖像邊緣檢測定位顯示圖像采集圖1 圖像的采集、數(shù)字儀表示數(shù)識別(右)和指針(左)儀表示數(shù)的步驟b .數(shù)字儀表的讀取以下為圖算法,首先有圖片說明和

5、取景界限。雖然這是兩種類型儀表的常見的階段,指針式儀表的情況將在2.3節(jié)中介紹。一旦一個數(shù)字儀表的初始圖像被采集，用戶必須使用電腦鼠標(biāo)來劃定讀數(shù)可采集區(qū)域，并且形成一個有突出數(shù)字的小圖片，方便后續(xù)的圖像處理。雖然這個步驟可以自動完成，但因?yàn)樗鼘ζ溆嗟倪^程非常關(guān)鍵，它被選擇手動執(zhí)行。如果系統(tǒng)是連接到一個數(shù)據(jù)庫，每個類型的儀表的讀數(shù)位置可以存儲用于后校準(zhǔn)局部。在分隔的圖像中，上、下、左、右的每一極限數(shù)字必須被識別到，以致他們中的每一個可以單獨(dú)處理。在這一步中一個基于二進(jìn)制圖像的方法被使用(兩個級別的顏色，黑色和白色)。這種類型的圖像在處理過程中可以減少花費(fèi)的時間，并提高性能。圖像被二進(jìn)制之后，垂直

6、和水平穿插投影被創(chuàng)立。十字投影是規(guī)化的每個行和列的黑色像素之和。這些過程返回零值或非常接近它的別離列和/或行的開場和結(jié)尾，這里黑色像素有極小的發(fā)生率。圖2是該方法的一個例如。下降到0.02的值(最大容忍噪音)已被視為分位點(diǎn)。在這一步中,每個數(shù)字的取景是分隔的。下一步是根據(jù)圖1對每個數(shù)字進(jìn)展分類。提出一種基于活潑局部的方法，它依靠于比較一個有七段的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字和一個普通數(shù)字。圖3展示了一個有7段的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字。盡管，一些儀表不使用7段顯示，這種方法已通過幾種工具證明對于識別數(shù)字是有用的。如果一個特定的儀表有不能應(yīng)用這個方法的一個數(shù)字,仍然可以使用存儲于一個數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)不同的數(shù)字,并使用一個對于每個類型的儀

7、表特定的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字。為了便于數(shù)字分割，分割區(qū)域被界定以便它們比實(shí)際區(qū)域更大。區(qū)域部的黑色像素的比例是他們用來判定一個區(qū)域活潑與否。最后,分割信息連接從而形成了數(shù)字。下一節(jié)將討論這個方法如何的讀取指針式儀表。圖2 原始圖像，水平和垂直預(yù)測和它們 圖3 標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字分割 的下限c .指針儀表的讀取對于指針的測量,識別工作就是找到指針的角度(傾斜) 位置。和數(shù)字儀表的步驟一樣，包含指針的圖像區(qū)域必須是有界限的。這個區(qū)域是指針在無干擾背景下運(yùn)動的最大空間，如比照度和其他特征。圖4顯示了一個高質(zhì)量的圖像。圖4是通過Canny方邊緣檢測方法的結(jié)果,這對更直接得到指針圖像是很重要的。隨后,Hough變換方法對直線

8、定位很實(shí)用。為了提高質(zhì)量,可以控制直線的一些點(diǎn)如最小尺寸和厚度。這些參數(shù)可由用戶實(shí)時調(diào)整并且它們也可以被存儲,對于每一個儀表，創(chuàng)立一個數(shù)據(jù)庫的校準(zhǔn)系統(tǒng)。對于已識別的指針直線,需要運(yùn)用代數(shù)關(guān)系求得直線與其指向的夾角。這些關(guān)系的取決于測量儀器的精度,它們可以是線性和非線性的。運(yùn)用線性關(guān)系和兩個給定值與各自的角度,就可以獲得所有儀表刻度的其余值。在*些情況下,儀表的構(gòu)造是對稱于*個軸,這使得這個過程更容易,因?yàn)橹挥薪?值和最大刻度值需要被提供。根據(jù)對稱性可以得到最大角度如圖5所示。識別的指針直線也顯示在這個圖中。圖4 Candy算法后的二值化圖像及用戶 圖5 *個對稱型的指針儀表選擇的相應(yīng)區(qū)域指針儀

9、表和數(shù)字儀表的實(shí)驗(yàn)結(jié)果將在下一節(jié)說明。3.結(jié)果本節(jié)闡釋了此系統(tǒng)的性能。a .數(shù)字儀表 此方法提出了一種可以性結(jié)果，并考慮到可用的資源。這個圖像采集系統(tǒng)是由一個沒有光度控制攝像頭和一臺計(jì)算機(jī)組成的。當(dāng)儀表的讀數(shù)可以直觀的獲取并且數(shù)字被正確分割，正確率可到達(dá)100%。這些條件可以很容易到達(dá)。當(dāng)分割不活潑時，在低噪聲圖像中灰度值(或可能是活潑的)很低，系統(tǒng)的有效性就不是很理想。大局部的情況下,當(dāng)用戶可以操做時，系統(tǒng)能夠正確地檢測出數(shù)字。因此,當(dāng)圖像有噪聲時，可以通過改變采集方式很容易地消除它們。在校準(zhǔn)環(huán)境中，這些條件應(yīng)該是可以控制的。b .指針儀表在這個方法中對指針儀表讀取進(jìn)展了一個簡單的操作。盡管

10、相機(jī)的質(zhì)量差，也沒有控制照明，但由于圖像分辨率，指針圖像模糊程度維持在1.66。如圖6所示,當(dāng)應(yīng)用電壓是零，儀表針在其初始位置和水平線之間的夾角是45?？紤]到角度跨度從0到150伏特,由這個方法確定的每個測量值都是一個不確定值，由于圖像分辨率的原因這個值約等于1伏特。當(dāng)這個值進(jìn)展估計(jì)時，它與儀表分辨率是相匹配的。由基于用戶閱讀的常規(guī)方法決定的測量不確定性模型必須包括一個與儀表刻度分辨率相關(guān)的補(bǔ)償因子，還有測量預(yù)期值，標(biāo)準(zhǔn)補(bǔ)償因子等等。在一種改進(jìn)視覺系統(tǒng)分辨率的機(jī)器視覺系統(tǒng)下,在傳統(tǒng)的校準(zhǔn)中，由于儀表刻度分辨率導(dǎo)致的不確定性代替了圖像分辨率導(dǎo)致的不確定性，更準(zhǔn)確讀取可能導(dǎo)致錯誤的不確定性評價。 圖6 結(jié)果模擬計(jì)。識別角度=58.24 和儀表指示=22伏結(jié)論本文描述了一個應(yīng)用機(jī)器視覺改善讀取數(shù)字和指針儀表的方法。測量儀器使用計(jì)算視覺。對于數(shù)字儀表的讀取,系統(tǒng)呈現(xiàn)出穩(wěn)定性和100%的精度。對于指針儀表的讀取，提出了一個與圖像采集系統(tǒng)缺陷相關(guān)導(dǎo)致額外的不確定性的結(jié)果。對于一個更明確的校準(zhǔn)系統(tǒng),必須用一個更好的相機(jī)來改善系統(tǒng)。這個系統(tǒng)算法簡單。也