关键词： 智能制造   机器视觉   颜色减少   仪表检定  

摘要： 仪表自动检定是现代智能制造产业的重要组成部分,直接影响到仪表质量、成本支出。基于机器视觉的仪表检定逐步代替了人工检测,使校表技术向全自动化及高精度测量趋势发展,针对以往基于视觉的智能校表方式中还存在表头辨识困难、示值识别率较低的问题,本文设计了一套基于颜色减少的指针式仪表读数识别系统,达到了快速识别表头及准确计算读数的要求,同时又降低了成本。本文主要的研究内容及相关结论包括:(1)基于颜色减少方法的表头类型辨识针对统计方式丢失小刻度、光照影响颜色分布而造成表头识别困难的问题,本文设计了一种基于颜色二值图的表头辨识方法。根据工业表头具有背景单一、不同光照下主色基本不变的特点,引用一种颜色减少的方法,快速形成各主颜色物体的色平面,通过提取刻度和指针的组合特征,利用模型匹配方法识别表头。本方法的表头识别率可达96%左右,和以往的表头辨识方法相比,准确率相对提高。(2)基于刻度重定位和指针局部拟合的读数精确识别针对刻度缺失、刻度点无数值对应、指针边缘像素偏离中心线而造成读数识别率低的问题,本文设计了一种刻度重标定和局部定位指针的方法来精确计算读数。设计基于半图斜率统计的刻度间距获取方法,改善了等分角求取的自适应性;通过重建坐标系,设计基于单向最值的刻度坐标圆周排列计算方法,保证了原刻度点/值在新坐标中的一一对应的关系;采用基于质心局部方式的直线拟合方法,提高了指针定位的精度;采用基准点结合偏转角度的读数计算方式,进一步减少了数值计算误差。和以往的读数识别相比,本方法误差在?0.69%之内,提高了示值计算的准确度。各模块系统集成,经MATLAB开发平台测试运行。结果表明,针对刻度均匀排列、背景单一、指针旋转中心与表盘中心重合的一类指针式仪表,本系统的读数识别率达97%以上,速度约3.2s,并在此基础上开发了基于C++的调试系统。本文的研究思路,对进一步开发仪表检定系统起到一定的参考价值。

关键词： 指针式仪表   图像处理   霍夫变换   表盘提取  

摘要： 指针式仪表有很多优点,因此在生产生活中有巨大的存量,而且每年都在增加。面对大量需要进行检定的指针仪表,采用人工读数的方式检定仪表读数不仅成本高效率低,而且读数精确度不尽理想。随着数字图像处理技术的日益成熟,将其应用到指针式仪表的自动识别系统中是一种有效的解决方法。目前已有很多这方面的研究,也有一些自动识别系统被设计出来。这些系统对硬件实现进行了深入研究,在识别算法上基本以指针直线提取为核心,在各种约束条件下能够取得较为精确的识别结果。但是指针式仪表的使用环境复杂,仪表的种类繁多,约束条件严重制约着指针式仪表自动识别系统的普及,并且很难保证识别系统在移植中保持高精度读数。本文深入研究了国内外已有的指针仪表自动识别系统,针对现有的自动识别系统存在的缺点和局限性,提出了基于图像处理的解决方案。本文的主要工作和创新点如下:(1)改进了图像预处理算法。图像预处理在不同领域有不同的设计,针对指针式仪表识别中存在的噪音、光照和阴影等问题,研究了一套适用于自动识别系统的图像预处理算法,提高了识别系统的抗干扰能力。(2)提出了表盘提取算法。纯表盘图像几乎是所有现存系统的识别起点,而实际获取的图像往往包含复杂背景。表盘提取算法首先检测出仪表图像的边缘,然后使用不同的算法对方形表盘和圆形表盘进行提取。对方形表盘进行直线检测,在基于表盘边框特征进行直线统计算法提取表盘;对圆形表盘使用变形的圆检测算法进行表盘提取。(3)改进了指针特征提取方法。指针仪表多种多样,带来指针和表盘环境的多样性,自动识别系统应该对各种情况都应该能正确提取特征,本文采用骨架提取代替边缘特征,并采用毛刺去除来减少指针特征提取的干扰,解决了识别系统的移植性问题。(4)规范了指针读数计算方法。现有研究并没有规范并且普适的指针读数计算模型,本文基于角度法的思想,提出了一种新的指针读数模型,使用两幅图像获取先验知识,减少人工参与,提高指针读数精度,并适用于所有类型指针仪表。

关键词： 智能变电站   指针式仪表   距离法识别   Hough变换  

摘要： 指针式仪表由于其所具有的构造组成简单、使用维护方便快捷、示数识别的可靠性高、重复率强、成本低、价格便宜,适用于各种恶劣使用环境等优点,被广泛应用于电力、化工等领域。目前,电力系统变电站中许多设备的运行状态显示采用了许多的指针式仪表,如电压表、电流表、气压表、温度表、功率表、油温表、油压表、避雷器表等等。这些仪表一般都不具有数据线接口的功能,无法实现对指针式仪表所测量的参数的实时监控、记录与分析,从而无法实现对智能变电站运行的自动化控制,也不能在设备出现故障或存在重大安全隐患的情况下及时快速的进行报警。此外,记录指针仪表的数据主要是靠人眼近距离的观测,人工手动记录,人工数据分析,检测出来的示数精度低,重复性、可靠性差,人的劳动强度大,多次重复劳动容易引起人体视觉疲劳,容易造成识别数据、记录数据出现错误。针对以上的问题,需要提出一种对智能变电站指针式仪表示数的自动识别的方法。本文针对所摄取的指针式仪表图像,开发一种指针数据自动识别系统,并基于MATLAB软件平台,完成了对图像的缩放、图像的滤波去噪、图像的倾斜检测与校正、图像的灰度化和二值化、Hough变换检测图像特征等图像处理,并利用匹配法实现了对数字的识别,利用插值法将刻度线区域从扇形转换到直线状态分布,对刻度线缺失部分进行完善等处理工作。由于本文将刻度线所在区域进行了直线化分布的处理,从而避免了直接利用距离法对扇形刻度区域求取所带来的误差,并且针对光照不均匀情况下的表盘的刻度线模糊、丢失的情况进行了完善处理,提高了自动识别的精度和准确率。通过对实测的指针式仪表的示数分析,本文所提出的方法可以完成对智能变电站中指针式仪表的自动采集与识别。

关键词： 仪表指针   仪表读数   显著性区域   指针夹角  

摘要： 针对指针式仪表读数算法对光照变化影响较大、识别精度不高的问题,提出一种基于视觉显著性区域检测的指针式仪表读数方法.首先利用区域对比度、空间关系、中心先验性等视觉显著性区域检测先验知识,提取仪表图像指针区域;然后用无向图排序算法进行优化,抑制非指针区域的干扰,突出指针区域;再通过依次旋转仪表指针图像统计旋转不同角度时仪表指针图像在纵轴上的投影最大值,计算指针至平行于横轴需要旋转的角度,并判断指针旋转至平行于横轴时指针顶部区域与底部区域在横轴上的投影最大值在仪表图像中位置,获取指针与横轴的夹角;最后采用最小二乘法拟合指针夹角与指针刻度之间的线性函数参数,计算仪表读数.实验结果表明,该方法在不同光照下能较好地提取指针区域,得到的仪表读数与人工读数误差较小,算法稳定可靠.

关键词： 智能读数   指针式仪表   透视变换   图像处理  

摘要： 针对仪表的智能识别方法在电力系统的工程应用,利用图像处理的方法对指针式仪表的智能读数进行研究;首先,针对摄像头多视角、多距离的安装问题,利用定向二进制描述符ORB(oriented FAST and rotated BRIEF)算法求解仪表模板图像与待测图像的透视变换矩阵,用于定位指针旋转区域;然后根据表盘灰度特征信息,提出基于圆周区域的累积直方图法(circle-based regional cumulative histogram,CRH)对指针进行定位,由指针偏转角度得到读数;实验结果表明,该方法对指针读数识别十分有效,达到了实用化要求,且具有实时性好和精度高的特点。

关键词： 指针式仪表识别   区域生长   模糊聚类   击中击不中变换  

摘要： 针对复杂多指针式仪表的读数自动识别难度大精度低的问题,提出了一种基于区域生长的指针式仪表自动识别方法.算法主要由基于区域生长的指针提取算法和基于Hit-Miss变换法击中直线或基于最小二乘法拟合直线的指针识别算法所组成.其中,区域生长所需的种子点通过基于差影法的模糊聚类自动选取.实验表明,基于区域生长的指针提取算法有效提取了指针特征,为Hit-Miss变换法和最小二乘法获得良好的指针识别精度奠定了重要基础.整个算法高效快速,能满足实时识别的应用需求.本文首次提出将基于区域生长的图像分割算法运用于指针式仪表识别领域中,丰富了指针式仪表识别的应用方法,获得了良好的识别效果.

关键词： 指针式仪表   图像处理   Hough变换  

摘要： 在对指针式仪表进行识别的过程中,Hough变换被广泛应用于检测指针的位置,但其存储空间大、计算时间长的缺点让识别的过程效率降低很多。针对传统Hough变换的缺点提出了一种改进的Hough变换,通过减小Hough变换的搜索范围来减小其存储空间和计算量,利用指针与表盘圆心之间的关系限定了Hough变换的累加量,从而大大减少了计算时间。将改进的Hough变换应用于指针式仪表的识别中,与传统的Hough变换识别速度进行了比较。实验结果表明:改进后的Hough变换可有效减少计算时间,提高识别效率。

关键词： 指针式仪表   读数识别   图像处理   特征提取   局部坐标系  

摘要： 指针式仪表因具有结构简单、可靠性高、价格低廉、读数直观等优点，在工业生产和生活中得到了广泛的应用。本文研究基于机器视觉的指针式仪表自动识别技术，提高仪表读数的精度和效率。 首先，根据仪表的精度等级、仪表图像采集环境，选择图像采集的硬件设备，包括光源、摄像机与光学镜头等。利用仪表特征，选择双侧柱光源侧向投射照明方式，获取质量较好的目标初始图像。运用数字图像处理技术对指针式初始仪表图像进行预处理，通过中值滤波，图像增强等手段去除原始仪表图像中的噪声干扰，突出表盘信息。使用大律法选取最优阈值对图像进行了二值化处理并通过形态学相关算法处理仪表图像特征信息。 其次，针对Hough算法参数难选择，获取的极坐标参数不能直观反映直线信息和最小二乘算法受噪声影响较大等问题，本文使用RANSAC方法最小二乘直线拟合算法进行了改进，改进后的算法具有很强的鲁棒性和容错能力，能获得可信度较高的指针直线。考虑实际情况中指针中心通常与刻度盘中心不重合，本文采用重心法提取刻度重心，并对刻度重心点进行最小二乘圆拟合，提取刻度盘中心对指针旋转中心进行修正，最后利用指针的偏转角度计算仪表读数。 再次，考虑透视投影畸变和成像模型对仪表读数的影响。通过对摄像机的成像模型进行分析，建立基于指针仪表空间位置视觉识别模型。利用棋盘格标定纸标定被测仪表平面，求得仪表盘特征点在摄像机坐标下的三维坐标。在被测仪表平面上建立局部坐标系，将特征点的摄像机坐标变换到局部坐标系上，将仪表的三维识别问题转换为二维问题，在二维坐标中圆拟合得到指针旋转中心坐标，直线拟合计算指针直线，消除仪表成像误差影响。 最后,通过实验验证了本文提出基于指针式仪表读数识别方法的精度。实验结果表明,本文的识别方法能够满足测量需要，具有一定意义。

关键词： Hough变换   ADSP-BF609   指针式仪表   PIXC   PVP  

摘要： 指针式仪表的数字化的一种途径是通过图像采集与处理技术来读取与识别,能够提高判读准确性和效率,避免主观原因产生的误差。论文研究基于图像处理的指针式仪表数字化技术,给出了基于DSP的系统实现方案。论文首先研究图像格式转换、图像去噪、边缘检测、图像二值化、Hough变换等指针仪表识别算法,并使用MATLAB进行了仿真。通过对比仿真结果,确定使用中值滤波进行图像去噪,Canny算子进行边缘检测,Hough变换进行圆心定位和直线检测。采用ADSP-BF609评估板为硬件平台,通过BF609板上的TWI接口对摄像头OV9653控制寄存器的初始化实现图像质量控制,通过对EPPI1接口及其专用的DMA控制器进行参数配置完成图像采集存储,通过对PIXC处理单元的参数配置,实现YUV到RGB的图像格式转换。由PVP流水线视觉处理器实现图像锐化Canny算子,通过EPPI0口连接LCD实现处理前后图像的显示,并通过以太网口进行指针数据向上位机的传输。论文依托CCES集成开发环境完成软件开发和系统调试。结合具体硬件特征编写了OV9653,PIXC,PVP等硬件模块的驱动程序,对图像灰度化,中值滤波,Hough变换定位圆心,图像的分块,指针所在分区的定位,指针角度大小计算等算法进行了软件移植。经测试,使用PIXC硬件实现图像格式转换比软件算法实现要快近10倍,而使用PVP硬件实现Canny算子提取的图像边缘信息清晰比软件实现快近80倍。计算指针式仪表的示数精确。综上,基于DSP的指针图像识别具有较强的准确性和实时性。可以进一步研究在表盘污损情况下的算法,提高适用性。

关键词： 指针式仪表   机器视觉   自动识别   区域生长   远程管理  

摘要： 指针式仪表作为一种测量信号的重要工具,在工业生产与科学研究中得到广泛的应用。它具有结构简单,维护方便,价格低廉,不受电磁干扰影响,可防冻防尘防水等优点,然而随着信息时代的发展趋势,人工读数和检定校准过程中存在的效率低、易疲劳、难管理等问题,已无法满足实际生产与工作需求。为此,国内外研究机构陆续展开指针式仪表识别技术研究。本文基于机器视觉技术设计并实现一套指针式仪表自动识别与远程管理系统。指针识别终端通过摄像头实时采集仪器表盘图像,经识别,将识别信息传输至远程服务器端进行监测与管理。指针识别终端的核心算法主要由基于区域生长的指针提取算法和基于Hit-Miss变换法击中直线的指针识别算法等所组成。其中,区域生长所需的种子点可通过基于差影法的模糊聚类自动选取。本文首次提出将基于区域生长的图像分割算法运用于指针式仪表识别领域中,并首次将形态学击中击不中变换运用于指针识别算法,丰富了指针式仪表识别的应用方法,获得了不错的识别效果。经试验,算法能良好适应多种类型的指针式仪表的识别任务。算法经Matlab平台验证后移植到OpenCV平台并运行于Android操作系统的嵌入式硬件环境,获得更广泛的应用范围。