專利名稱：一種指針表自動(dòng)認(rèn)讀方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及儀表檢定的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢定系統(tǒng)中指針表的計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢定方法。
背景技術(shù)：
目前，在標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量部門和檢修部門，經(jīng)常需要對(duì)儀表進(jìn)行檢定，計(jì)算機(jī)自動(dòng)儀表檢定被認(rèn)為是一種準(zhǔn)確、高效檢定方法，它已用于具備數(shù)字接口儀表的自動(dòng)檢定，但是對(duì)于仍在大量使用的不具備數(shù)字接口的指針表的檢定仍由人工進(jìn)行，其檢定方法是在儀表的量程范圍內(nèi)，給定數(shù)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)物理量值，用待檢表示值，從待檢表上逐一讀取這些點(diǎn)的示值，根據(jù)示值與標(biāo)準(zhǔn)值的偏差，判定待檢表是否合格，這種人工方法存在誤差大、效率低、主觀性強(qiáng)等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有指針表人工檢定中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種指針表計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢定的方法，利用輸入到一個(gè)公知計(jì)算機(jī)內(nèi)的計(jì)算機(jī)程序?qū)ι鲜鰞x表檢定過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)控制，該計(jì)算機(jī)程序完成圖像采集、圖像讀取、圖像定位、指針位置識(shí)別，指針儀表讀數(shù)計(jì)算并生成報(bào)告，該方法解決了指針儀表需要進(jìn)行人工檢定的問(wèn)題，建立了指針儀表計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢定方法，該方法能夠適時(shí)、準(zhǔn)確認(rèn)讀指針表的示值，快速進(jìn)行儀表檢定，給出報(bào)表，大大提高了儀表檢定的效率和精度。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是以公知的計(jì)算機(jī)、攝像頭、圖像采集卡為主要設(shè)備，其聯(lián)接關(guān)系是，攝像機(jī)通過(guò)同軸電纜接于圖像采集卡，圖像采集卡插入計(jì)算機(jī)主板的擴(kuò)展槽內(nèi)，自動(dòng)認(rèn)讀程序裝于計(jì)算機(jī)硬盤上，啟動(dòng)程序，程序通過(guò)定位標(biāo)記提示定位，通過(guò)圖像采集卡讀取表盤圖像，存入計(jì)算機(jī)內(nèi)存在，對(duì)圖像進(jìn)行二值化后，擬合出表針位置，計(jì)算出讀數(shù)。
本發(fā)明的有益效果是，計(jì)算機(jī)自動(dòng)讀取指針表圖像，精確、快速計(jì)算出儀表讀數(shù)，提供了用計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢定指針表的方法，使儀表檢定的效率大為提高。


本發(fā)明的

如下。
圖1是本發(fā)明的程序流程圖。
圖2是指針表自動(dòng)認(rèn)讀方法實(shí)施例的圖像定位圖。
圖3是指針表白動(dòng)認(rèn)讀方法實(shí)施例的硬件組成原理圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。圖1、圖2中，程序按流程執(zhí)行，“初始化”模塊是對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行自檢，確定系統(tǒng)是否正常；“表盤圖像讀取、顯示、存貯”，儀表盤圖像經(jīng)攝像頭、數(shù)據(jù)采集卡讀入計(jì)算機(jī)，利用裝入計(jì)算機(jī)中的程序，在程序啟動(dòng)后，將圖像采集卡內(nèi)存在中的一幀數(shù)據(jù)以數(shù)組形式讀取到計(jì)算機(jī)內(nèi)存中，同時(shí)將這組數(shù)據(jù)送到對(duì)應(yīng)的顯示內(nèi)存中以便在屏幕上顯示；“表盤圖像定位顯示、存貯定位數(shù)據(jù)”指程序在屏幕上畫出一個(gè)以屏幕中心為中心、以1/2屏幕高度稍小的象素值為半徑的定位圓(以白色顯示圓周1和圓心3)，以此定位圓為參照，調(diào)整攝像頭的位置(攝像頭裝在有六個(gè)自由度的夾具上)，使表盤圖像中心點(diǎn)及圓周與參考圓圓心及圓周重合，同時(shí)以圓心為起點(diǎn)在七點(diǎn)(將參考圓看成正立的時(shí)鐘)處和五點(diǎn)處分別畫一條起始線4與終止線5，長(zhǎng)度為 參考圓半徑，用鼠標(biāo)分別激活參考圓上的起始線4與終止線5，并移動(dòng)使它們分別與儀表盤上的起、終止刻度線重合，結(jié)束后按“確定”鍵，這些數(shù)據(jù)被記入另一個(gè)數(shù)組中供計(jì)算讀數(shù)使用，使用定位圓方法使圖像定位方便、直觀、指針認(rèn)讀速度加快、誤檢率小；
進(jìn)入循環(huán)測(cè)試，當(dāng)待測(cè)點(diǎn)數(shù)不為0時(shí)，給定一個(gè)值，“物理量發(fā)生器”產(chǎn)生相應(yīng)的物理量(如壓力)送到被測(cè)表上，延時(shí)一個(gè)時(shí)間，待指針?lè)€(wěn)定后，從數(shù)據(jù)采集卡上讀取圖像并存于數(shù)組中，便于程序的作認(rèn)讀處理；在表盤圖像中查找表針?biāo)趨^(qū)域，程序以一個(gè)滑動(dòng)窗2為動(dòng)區(qū)域，其寬度為表針對(duì)應(yīng)區(qū)域最大寬度的1.2倍，長(zhǎng)度為表針頭部到圓心的1/2，滑動(dòng)窗2沿儀表指針前半部分可能移動(dòng)過(guò)的扇形帶滑動(dòng)，將扇形帶圖像進(jìn)行局部化、二值化和濾波處理，再進(jìn)行模式匹配，在滑動(dòng)窗滑動(dòng)過(guò)程中統(tǒng)計(jì)圖像中處于滑動(dòng)窗內(nèi)的前景象素點(diǎn)數(shù)，在不同位置時(shí)窗口內(nèi)的前景象素點(diǎn)數(shù)會(huì)不同，當(dāng)指針前半部分全部進(jìn)入滑動(dòng)窗口時(shí)象素點(diǎn)數(shù)最多，找出滑動(dòng)窗經(jīng)過(guò)的全部扇形帶的象素點(diǎn)數(shù)最大值所對(duì)應(yīng)的區(qū)域即為指針?biāo)趨^(qū)域，以此作為一個(gè)集合，進(jìn)行表針位置的擬合，認(rèn)讀效率很高，而且不易受刻度線干擾；“距離最二乘直線按擬合”模塊將指針的對(duì)稱中心線擬合出來(lái)，采用點(diǎn)到直線距離平方和最小算法，經(jīng)推導(dǎo)得回歸直線為Y＝AX+B其參數(shù)為 特別地，當(dāng)N∑xiyi-∑xi∑yi＝0時(shí)直線為B=1NΣi=1Nxi]]>上述式中，(xi，yi)(i＝1，...，N)表示指針上二值化后的處于滑動(dòng)窗口中的表針圖像素點(diǎn)的坐標(biāo)，此算法的有益效果為能擬合出指針的對(duì)稱中心，而經(jīng)典最小二乘法采用了Y軸(或X軸)偏差，所以擬合的直線一般得不到中心線上，而且隨著指針姿態(tài)的不同擬合直線偏離中心線的程度會(huì)不同，這給計(jì)量帶來(lái)誤差；“表針讀數(shù)計(jì)算記錄數(shù)據(jù)”，讀數(shù)d為d=θ-(1-δ)Δ-(1-δ)·(L-ϵ)+ϵ]]>式中，θ回歸直線與起始線4的夾角，Δ為起始線4與終止線的夾角，δ為儀表的縮格角度，L為儀表的量程，ε縮格讀數(shù)；“記錄數(shù)據(jù)”模塊記錄一個(gè)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)；重復(fù)執(zhí)行以上測(cè)試步驟直到測(cè)試完成，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理給出報(bào)表；圖3是上述實(shí)施例的硬件組成原理圖，1、計(jì)算機(jī)，2、圖像采集卡，3、攝像機(jī)，4、待檢壓力表。
在圖3中，計(jì)算機(jī)(1)通過(guò)插在擴(kuò)展槽上的圖像采集卡(2)與攝像機(jī)(3)相連，攝像機(jī)(3)攝取壓力表盤(4)上的圖像供程序處理，計(jì)算機(jī)為奔IV，主頻為1.8兆內(nèi)存256兆，硬盤為80G，圖像采集卡為CG400，具有動(dòng)態(tài)位圖采集功能，采集速度為25幀/秒。攝像機(jī)TOYA為480線用于256級(jí)灰度圖像采集。
權(quán)利要求
一種指針表自動(dòng)認(rèn)讀方法，包括用于將儀表盤圖像經(jīng)攝像頭數(shù)據(jù)采集卡讀取到計(jì)算機(jī)的步驟；用于將儀表表盤圖像定位顯示和存貯定位數(shù)據(jù)的步驟；用于從表盤圖像中查找表針?biāo)趨^(qū)域的步驟；用于表針圖像中心線距離最小擬合的步驟；用于表針讀數(shù)計(jì)算的步驟其特征是所述指針表認(rèn)讀方法還包括所述儀表盤圖像經(jīng)攝像頭數(shù)據(jù)采集卡讀取到計(jì)算機(jī)，是利用裝入計(jì)算機(jī)中的程序，在程序啟動(dòng)后，將圖像采集卡內(nèi)存在中的一幀數(shù)據(jù)以數(shù)組形式讀取到計(jì)算機(jī)內(nèi)存中，使讀取速度加快，同時(shí)將這組數(shù)據(jù)送到對(duì)應(yīng)的顯示內(nèi)存中以便在屏幕上顯示；所述表盤圖像定位顯示并存貯定位數(shù)據(jù)，指程序在屏幕上畫出一個(gè)以屏幕中心為中心以1/2屏幕高度稍小的象素值為半徑的定位圓(以白色顯示圓周和圓心)，以此定位圓為參考，調(diào)整攝像頭的位置，使表盤圖像中心點(diǎn)及圓周與參考圓圓心及圓周重合，同時(shí)以圓心為起點(diǎn)在七點(diǎn)(將參考圓看成時(shí)針)處和五點(diǎn)處分別畫一條起始線與終止線，長(zhǎng)度為 半徑，用鼠標(biāo)分別激活參考圓上的起始線與終止線，并移動(dòng)使它們分別與儀表盤上的起、終止線重合，結(jié)束后按“確定”鍵，這些數(shù)據(jù)被記入另一個(gè)數(shù)組中供計(jì)算讀數(shù)使用，使用定位圓方法使圖像定位方便、直觀、指針認(rèn)讀速度加快、誤檢率?。凰鰪谋肀P圖像中查找表針?biāo)趨^(qū)域，指程序以一個(gè)滑動(dòng)窗為動(dòng)區(qū)域，其寬度為表針對(duì)應(yīng)區(qū)域最大寬度的1.2倍，長(zhǎng)度為表針頂部到圓心的1/2，滑動(dòng)窗沿儀表指針前半部分可能移動(dòng)過(guò)的扇形帶滑動(dòng)，將扇形帶圖像進(jìn)行局部化、二值化和濾波處理，再進(jìn)行模式匹配，在滑動(dòng)窗滑動(dòng)過(guò)程中統(tǒng)計(jì)圖像中處于滑動(dòng)窗內(nèi)的前景象素點(diǎn)數(shù)，在不同位置前景象素點(diǎn)數(shù)會(huì)不同，當(dāng)指針前半部分全部進(jìn)入滑動(dòng)窗口象素點(diǎn)數(shù)最多，找出滑動(dòng)窗經(jīng)過(guò)的全部扇形帶的象素點(diǎn)數(shù)最大值所對(duì)應(yīng)的區(qū)域即為指針?biāo)趨^(qū)域，以此作為一個(gè)集合，進(jìn)行表針位置的擬合，此方法認(rèn)讀效率很高且不易受刻度線或刻度字符干擾所述表針圖像中心線擬合，采用點(diǎn)到直線距離平方和最小算法，令中心線為Y＝AX+B，程序執(zhí)行下面推導(dǎo)出的計(jì)算公式，求其參數(shù)為β=(NΣxi2-NΣyi2+Σ2yi-Σ2xi)NΣxiyi-ΣxiΣyiA=-β±β2+42B=1N(Σyi-AΣxi)]]>(當(dāng)N∑xiyi-∑xi∑yi≠0)特別地，當(dāng)N∑xiyi-∑xi∑yi＝0時(shí)直線為X=1NΣi=1Nxi]]>上述式中，(xi，yi)(i＝1，...，N)表示指針上二值化后滑動(dòng)窗中所有前景象素點(diǎn)(N個(gè))的坐標(biāo)，此算法的有益效果為能擬合出指針的對(duì)稱中心，克服了經(jīng)典最小二乘法采用了Y軸(或X軸)偏差擬合直線一般不在中心線，而且隨著指針姿態(tài)的擬合直線偏離中心線的程度不同等缺限；“表針讀數(shù)計(jì)算記錄數(shù)據(jù)”，讀數(shù)x為x=θ-(1-δ)Δ-(1-δ)·(L-ϵ)+ϵ]]>式中，θ回歸直線與起始線4的夾角，Δ為起始線4與終止線的夾角，δ為儀表的縮格對(duì)應(yīng)的角度，L為儀表的量程，ε縮格對(duì)應(yīng)的讀數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種指針表計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢定的方法，利用輸入到一個(gè)公知計(jì)算機(jī)內(nèi)的計(jì)算機(jī)程序儀表檢定過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢定，本發(fā)明由計(jì)算機(jī)圖像、采集卡、攝像頭和輸入到計(jì)算機(jī)中的指針表自動(dòng)檢定程序構(gòu)成，自動(dòng)認(rèn)讀程序裝于計(jì)算機(jī)硬盤上，啟動(dòng)程序，程序通過(guò)定位標(biāo)記提示定位，通過(guò)圖像采集卡讀取表盤圖像，存入計(jì)算機(jī)內(nèi)存，對(duì)圖像進(jìn)行二值化后，采用距離最小二乘法擬合出表針位置，計(jì)算指針儀表讀數(shù)并生成檢驗(yàn)報(bào)告，本發(fā)明解決了指針儀表人工檢定中存在誤差大、效率低、主觀性強(qiáng)等問(wèn)題，建立了指針儀表計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢定方法，本發(fā)明的有益效果是能夠適時(shí)、準(zhǔn)確認(rèn)讀指針表的示值，快速進(jìn)行儀表檢定，給出報(bào)表，大大提高了儀表檢定的效率和精度，該發(fā)明可用于儀表的自動(dòng)檢定及需要自動(dòng)進(jìn)行儀表認(rèn)讀的系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G06F11/22GK1789923SQ200410104208
公開日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2004年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月16日
發(fā)明者趙建洋, 楊春山, 馮萬(wàn)利, 丁衛(wèi)紅 申請(qǐng)人:趙建洋