关键词： 指针式仪表   图像处理   自动识别   透视变换   指针定位   特征提取  

摘要： 指针式仪表作为一种测量仪器，广泛应用于社会生产生活中的各种领域，并发挥着举足轻重的作用。目前，对指针式仪表的读数主要由人工判读来完成，然而这种方法受人为因素的影响大、可靠性差、效率低。针对传统人工判读的局限性，本文对指针式仪表的自动识别进行了研究。　　本文以变电站中的指针式仪表为研究对象，利用数字图像处理技术，设计了一种基于图像处理的指针式仪表自动识别系统。首先，针对变电站环境对摄像头安装方位的限制以及仪表图像存在视角、尺度、旋转、平移等变换的问题，对变电站中的指针式仪表建立了各自的模板图像与先验信息，并研究了基于特征点求解图像间透视变换关系的方法，采用基于ORB特征提取与LSH特征匹配的方法，来求解仪表模板图像与待测图像间的透视变换关系;接着，分析变电站环境中常见的噪声和干扰，对仪表图像进行了预处理，包括灰度化处理、高斯平滑、中值滤波和图像锐化增强;然后，对指针式仪表的指针定位方法进行了研究，根据表盘的灰度信息，提出一种新的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，由指针的偏转角度与量程的线性关系就得到了仪表的读数，并设计了一种基于CRH的仪表视频识别方案。最后，利用实验室数据与变电站数据分别对系统的性能进行了测试，并对系统的误差来源进行了分析。　　实验结果表明，该系统能达到高精度和实时性的识别要求，并且对光照以及透视变换具有较好的鲁棒性，在电力系统的工程应用中，具有很好的应用价值和发展前景。

关键词： 指针式仪表   图像处理   Hough变换   STM32   OV7670  

摘要： 由于结构简单,操作方便等特点,指针式仪表被电力、化工及自动化等行业大量应用。但实际应用操作过程中,需要人工读取示数,而且某些特殊工作环境会引发读数误差,阻碍着工业信息化推进。因此,为了提高读数精准度和工作效率,必须尽快完成指针式仪表读数的自动识别系统的研究。随着图像处理技术的发展和广泛的应用,将图像处理技术与指针式仪表自动读数相结合成为了人们研究的热点。本论文设计了一种基于图像处理的指针式仪表示数自动读数系统方案,该方案即能提高读取示数的准确性又能提高读数的效率。 首先,论文介绍了与设计有关的数字图像处理知识,其中有图像的RGB模型,灰度变换,图像预处理方法,多种边缘检测算法及Hough变换的原理,并实现了在MATLAB软件平台上的算法仿真。 其次,论文在理论分析的基础上,提出了一种基于STM32芯片的指针式仪表读数自动判别装置的总体设计方案。文中详细介绍了系统的硬件电路设计并对系统软件进行了模块化编程,给出了各个模块的程序流程图。介绍了以STM32F103RET6芯片为中心的CPU电路,以OV7670摄像头模块和帧缓存芯片AL422为基础的图像采集电路,TFT屏显示电路以及SD卡数据存储电路等硬件电路。以IAR开发环境,在硬件平台上实现了以Sobel算子边缘检测和一种改进的Hough变换直线检测为核心的算法设计。 最后,对设计的可行性和正确性进行了测试和分析。通过测试证明了,论文中的设计及使用的算法能满足自动读数的要求。

关键词： 指针式仪表   结构特征   Canny边缘算子   Hough直线检测  

摘要： 在指针式仪表图像识别方法中,为克服的指针定位易受干扰的问题,文中基于Canny边缘算子和Hough直线检测,提出了一种以表盘半径和指针的旋转中心作为先验特征的指针定位算法。首先以旋转中心为中点,表盘直径为边长,提取正方形的感兴趣区域以减小Canny算子的作用时间;其次将Hough变换后的所有直线与结构特征进行比较,剔除不满足距离和位置条件的干扰直线;最终结合Canny边缘算子特点,分析并修正数值计算的误差。

关键词： 指针式仪表   视觉识别   阈值分割   八向连通链码  

摘要： 实现指针式仪表示数的视觉识别,是监控现场自动化和无人化的重要工作。本文以此为背景,开展了指针式仪表图像预处理工作的研究。首先,设计了四个环节的预处理框架;其次,使用线性模型完成灰度化处理,使用大津法完成阈值分割处理,构建八向连通链码确定表盘区域,采用腐蚀算法去除表盘噪声。实验结果表明,本文设计的预处理方案和相关方法,较好地提取了表盘目标区域,清晰地保留了各种特征,为后续的特征提取工作奠定了基础。

关键词： 定位与识别   计算机视觉   模式识别  

摘要： 指针式仪表以其精度高、读取简单、可设置等优点在工业和控制领域得到了广泛的应用。由于指针式仪表不是数字信号,不能被采集到计算机系统,而且传统的仪表示数读取都是采用人工判读的方式,这其中往往因为人为等外界不可避免因素而导致示数结果精度低、可靠性差等问题。所以如何利用计算机对指针仪表进行自动判读,已成为自动化控制急需解决的问题；特别是在一些需要人工读取仪表数据的测量现场,亟需指针式仪表的自动示数识别。为解决这些问题,在大量研究及总结相关文献的基础上,通过引入计算机视觉技术,本文提出指针式仪表的定位和数字判别新方法。 在指针式仪表的示数识别中,数字的定位与识别是整个识别处理流程中最关键的步骤。是否具有良好的实时性以及是否高效地适应多种硬件平台,是衡量一个数字识别方法是是否成功的非常关键因素。 在传统的指针式仪表指针定位中,都是基于圆扫描法进行的。圆扫描法的关键就是需要在测量前确定指针的中心。但是由于像素坐标的转化,进行四舍五入或是其它预处理等原因都会引入误差,最终会使得测量结果存在不同程序的偏心误差,从而无法稳定、准确地获取刻度线的数据。所以针对以上问题,提出了基于坐标系变换的列直线扫描方法。首先通过直角坐标系到极坐标的变换,将图像矩阵转换到极坐标系中,即把曲面判别问题转换成水平图像处理。之后它根据图中的刻度线总是垂直于横坐标轴这一特性,通过对操作后的表盘图像进行由左到右,由上至下的列直线扫描可以获得准确的刻度线信息。 目前指针式仪表的示数识别大多采用特征匹配或神经网络的方法进行处理。这些方法存在着运算量大、复杂度高、对硬件平台实时性要求强等缺点。本文提出了一种新的指针式仪表示数识别方法。它首先基于改进的重心位置,对0-9的数字进行分组；然后依次对三组中的数字采用垂直线特征和水平方向投影,最后对各组中的数字进行精确识别。

关键词： 指针式仪表   图像处理   FPGA   Hough变换  

摘要： 在目前工业领域,指针式仪表在实际生产中应用非常普遍。大多数应用场合都是采用人工读数的方式来采集指针式仪表的数据,但很多测量现场是高温、高压、高辐射等恶劣危险的环境,因此人们开始将自动识别指针式仪表值的技术应用于工业生产中。基于FPGA(Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)的指针式仪表自动识别技术与传统的仪表识别方法相比,有着无可比拟的优点。其充分利用硬件的并行性实现仪表图像的采集、分析、处理及识别,从本质上改善了图像处理的效果。 本文设计了一个基于FPGA的指针识别系统,采用Altera公司的DE2开发板作为硬件平台,SDRAM(Synchronous Dynamic RAM,同步动态随机存取存储器)存储图像,VGA(Video Graphic Array,显示绘图阵列)显示器对指针式仪表的示值进行显示。整个系统采用软件和硬件协同方式实现。首先根据系统的总体需求分析,设计和实现了硬件上的各个模块,包括图像采集模块,图像数据缓存模块,图像显示模块和指针图像预处理模块。通过Quartus Ⅱ软件,利用硬件设计语言搭建硬件系统。再使用SOPC Builder来构建Pointer模块作为后续分析运算平台。将CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互补氧化金属半导体)摄像头采集并预处理的图像数据读取到SRAM中,以搭建的Pointer模块为硬件模块,在Nios ⅡIDE环境下采用C语言对软件编程并调试,利用Hough变换提取出仪表指针,采用角度法识别指针仪表的示值,最终存储并在LCD屏上显示。 本文完成了指针式仪表识别系统的设计,通过实验表明,该系统可以实现自动识别指针式仪表示值的基本功能。经测试系统可以正常工作、运行稳定、适应能力强并具有很高的安全性。通过对算法的分析与改进有效地提高了系统的识别正确率。

关键词： 仪表识别   微积分算子   坐标变化   自动识别  

摘要： 针对当前仪表指针识别精确度和运算复杂度上的缺点,提出了基于微积分算子的仪表识别算法,首先对仪表指针图像进行图像预处理,然后利用指针摆动时通过的圆心和指针长度,通过坐标变换重新对表盘区域的图像采样,使得归一化的图像中刻度呈水平分布,这个过程即是把扇形刻度转换成水平刻度的过程,最后通过简单的投影来定位刻度和指针。实验表明,该算法在识别精度和运算速度上优于传统算法。

关键词： 模式识别   指针识别   嵌入式系统   霍夫变换   多分辨率处理  

摘要： 论文在对已有的各种使用图像处理手段进行仪表指针识别方案进行研究的基础上,根据工控环境中指针式仪表所具有特点,设计了基于多分辨率处理、霍夫变换的快速、准确的指针识别算法,该算法是已有识别方案的改进与融合。为了对算法性能进行测试,论文在所提算法的基础上,设计了简单并且容易部署的指针识别系统。识别系统的运行数据证明,论文所提算法可在资源有限的嵌入式系统中对工控环境中的指针式仪表读数进行快速而准确的识别。

关键词： 机器视觉   指针式仪表   差影法   最小二乘法  

摘要： 在现代社会的生产生活中,指针式仪表是广泛应用于各种领域的测量仪表,其价格便宜,数量巨大,种类繁多。指针式仪表所具有的其他仪表无以比拟的某些特性和某些特殊行业的特定需求注定了它不会彻底消亡。近年来,机器视觉技术和数字图像处理技术发展迅速,基于机器视觉的各种检测系统在工业领域中逐步走向实用化阶段。研究利用机器视觉实现指针式仪表的示值识别具有非常重大的应用价值和社会意义。 本课题以一款指针式电压表为识别对象,首先利用机器视觉技术获取指针式仪表表盘图像,然后采用数字图像处理技术对表盘图像进行预处理,进而提取和识别指针,最后实现指针式仪表示值的自动判读。这些成果不但有助于解决人工读数过程中劳动量大,容易出错等难题,而且可用于老旧落后的生产线和系统的升级改造,符合现代社会信息化的发展潮流。在本课题中,我做的主要工作和成果有： 1.设计了本机器视觉示值识别系统的总体方案,包括硬件平台和软件平台； 2.分析了指针式仪表示值识别系统中的图像采集系统的工作原理,研究图像采集系统的相关设备和装置对仪表示值识别的影响,包括光源、光照方式、摄像头的分析与选择等,比如选择LED光源、前照漫反射的照明方式等； 3.运用数字图像处理技术对指针式仪表表盘图像进行预处理,包括选择适当而且必须的图像预处理过程及算法,比如采用直方图均衡化技术增强图像、中值滤波法去除噪声、自适应阈值法二值化表盘图像等； 4.研究指针直线参数确定的一般方法,利用差影法提取指针特征,再用最小二乘法拟合指针直线,通过指针直线方程求出指针的角度,进而得出指针的示值；并做了扩展研究,提出了一种判定指针指示方向的新方法。通过比较指针针尖在刻度圆弧上所滑过的路程与整个刻度圆弧周长的关系,得出待测指针偏转指零指针的角度与两指针直线夹角的关系,从而判定指针的指示方向。 在Visual C++开发平台上,编程实现本课题的算法和流程,并进行实际的指针式仪表示值识别实验。通过对实验结果的分析,表明本课题的算法正确,方法可行,具有一定的应用价值。

关键词： 指针仪表   图像识别   采集  

摘要： 设计了一种利用图像识别技术对指针式仪表的数据进行自动采集方法，该方法无须对现有仪表更换和管线改造，信号采集稳定可靠、使用简单方便。