王國祝+趙浪濤

摘 要：傳統(tǒng)的液氣表采用分戶計(jì)量，分布在不同的地點(diǎn)，表難以改造以實(shí)現(xiàn)集抄。為了實(shí)現(xiàn)快速地計(jì)量，展開基于嵌入式機(jī)器視覺來實(shí)現(xiàn)液氣表盤的圖像采集，自動(dòng)識(shí)別網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)傳輸數(shù)據(jù)，針對數(shù)字式儀表和機(jī)械式儀表盤的特色，采用了靈活的算法，實(shí)現(xiàn)了液氣表盤數(shù)字的識(shí)別和集抄，從而提高效率。

關(guān)鍵詞：嵌入式 機(jī)器視覺 液氣表盤 數(shù)字識(shí)別

由于我們國家對于早期的建筑中水表和天然氣表等實(shí)施的是分戶計(jì)量，水表氣表分布于各個(gè)家庭內(nèi)部，而不能像電力表那樣集中一個(gè)表箱實(shí)施網(wǎng)絡(luò)化集抄，這樣帶來了諸多的不便，加之有些家庭的水表氣表家裝后在櫥柜內(nèi)部，有時(shí)人難以進(jìn)入而實(shí)現(xiàn)視覺的判讀，因此，研發(fā)基于嵌入式計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的液氣表盤數(shù)字識(shí)別的手持設(shè)備，便于從業(yè)人員快速抄表，經(jīng)過手持設(shè)備圖像采集，自動(dòng)識(shí)別后，將識(shí)別的數(shù)字值直接通過移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)據(jù)中心，這樣大大提高了計(jì)量和集抄的效率。

1 關(guān)鍵技術(shù)

之所以以嵌入式機(jī)器視覺來實(shí)現(xiàn)表盤數(shù)字的識(shí)別，就是要借助于嵌入式系統(tǒng)靈巧、低功耗、易部署等特點(diǎn)。實(shí)現(xiàn)嵌入式機(jī)器視覺可以選擇基于達(dá)芬奇DSP芯片的DM6446系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，也可以選擇基于ARM或Android的OpenCV的方式，或基于高性能的TI的Panda Board+Halcon Embeded來實(shí)現(xiàn)。

1.1 硬件實(shí)現(xiàn)

基于TI DSP DM6446：DM6446是TI公司推出的一款高性能的具有ARM內(nèi)核的DSP芯片，其帶有編程應(yīng)用的API程序接口，很適合作為機(jī)器視覺的硬件平臺(tái)來使用，而且其運(yùn)算速度快，在一些高速的視覺處理里面得到了大量的推廣和使用，但是其硬件成本高，而且其編程環(huán)境復(fù)雜，應(yīng)用編程具有一定的難度和深度，不易實(shí)現(xiàn)視覺處理的實(shí)現(xiàn)。基于ARM+OpenCV：在普通ARM嵌入開發(fā)板中預(yù)裝Linux內(nèi)核，然后預(yù)裝基于Linux內(nèi)核的OpenCV平臺(tái)軟件。OpenCV是一個(gè)開源的視覺處理軟件，無需購買，對于我們的表盤識(shí)別無需識(shí)別速度要求的情況下，是一個(gè)非常經(jīng)濟(jì)的選擇，但是OpenCV正因?yàn)槠溟_源的特性，對人臉識(shí)別的應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)比較有特色，而對其他視覺應(yīng)用雖然能夠?qū)崿F(xiàn)，但是編程工作量大，而且實(shí)現(xiàn)需要一定的周期，具有一定的難度?；诟咝阅蹵RM+Halcon：我們在實(shí)踐工作過程中選擇了基于TI 的Panda Board開發(fā)板的基礎(chǔ)上，預(yù)裝Halcon的Linux的嵌入式版本，來實(shí)現(xiàn)嵌入式機(jī)器視覺的開發(fā)。Panda Board基于OMAP4664的雙核ARM，其運(yùn)行速度快、效率高。Halcon是德國MVtec公司的視覺軟件平臺(tái)，其提供了大量的視覺處理的算子，在PC平臺(tái)上編程實(shí)現(xiàn)后可以生成C/C#等多語言平臺(tái)的程序，因此我們借助于其強(qiáng)大的視覺處理功能，在PC上實(shí)現(xiàn)我們所需要的Halcon程序，然后在生成Linux平臺(tái)上C++應(yīng)用程序，然后移植后，將視覺處理的OCR識(shí)別應(yīng)用部署到硬件平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)其對儀器表盤的數(shù)字識(shí)別[1]。

我們正是以高性能的TI的OMAP4660為基礎(chǔ)的嵌入式開發(fā)板，配備基于OV7670攝像頭，其板載運(yùn)行Ubutu操作系統(tǒng)，加裝各種驅(qū)動(dòng)后構(gòu)成我們的硬件環(huán)境。網(wǎng)絡(luò)通過其串行口掛接SIM900的GPRS Modem來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

1.2 軟件實(shí)現(xiàn)

欲對燃?xì)夂退淼谋肀P實(shí)現(xiàn)數(shù)字圖像識(shí)別如圖1的燃?xì)獗肀P圖像中的表盤數(shù)字進(jìn)行識(shí)別，我們采用德國MVtec的Halcon軟件來實(shí)現(xiàn)，Halcon是當(dāng)前世界上最為優(yōu)秀的機(jī)器視覺處理軟件，其內(nèi)置了諸多的視覺處理算子，能夠很好地與硬件接口相適配，處理過程可以采取實(shí)驗(yàn)的方法，一步步用各種視覺處理算子處理后，生成所需要的結(jié)果后，我們可以借助Halcon強(qiáng)大的代碼生成功能生成Linux下的C或C++程序。

Halcon對圖像中數(shù)字的識(shí)別比較簡單，其內(nèi)置了諸多的OCR特征庫，如Document_0-9.omc（文檔數(shù)字）、DotPrint_0-9A-Z.omc（點(diǎn)陣打印數(shù)字字符）、HandWritten_0-9.omc（手寫數(shù)字）、Industrial_0-9A-Z.omc（工業(yè)數(shù)字字符）等特征庫，我們分幀后取得圖像，然后對圖像經(jīng)過下列處理后與特征庫相比對，以識(shí)別圖像中的表盤數(shù)字。

采用Halcon處理儀表數(shù)字識(shí)別，首先讀入圖像；由于Halcon提供了視頻或圖像讀取函數(shù)，因此，直接讀入視頻，鏡像分幀獲取圖像即可。下一步，通過運(yùn)算獲取和設(shè)定感興趣區(qū)域ROI。依式（1），使得=0和，按照閾值g 將圖像R 選定后輸出至S即得到閾值處理后的ROI。

≤≤ （1）

然后從圖像域中獲取ROI區(qū)域，再將圖像分解為3個(gè)通道，然后轉(zhuǎn)換RGB為H、S、V顏色空間。Halcon提供了HSV算子，傳輸圖像區(qū)域即可實(shí)現(xiàn)圖像顏色空間變換。

連通選定像素互聯(lián)通區(qū)域，然后依據(jù)特征區(qū)域計(jì)算區(qū)域交叉點(diǎn)，并依式（2）實(shí)施高斯卷積去噪。

g× （2）

去噪后讀取特征庫，與數(shù)字匹配以實(shí)現(xiàn)數(shù)字的識(shí)別。

經(jīng)Halcon處理后，在Halcon菜單中選擇導(dǎo)出程序，Halcon可以生成VB、C# C/C++等源程序，我們選擇基于Linux內(nèi)核的C++程序，生成的C++程序，需部署到OMAP4660嵌入開發(fā)板中去運(yùn)行。我們下載Halcon的嵌入版本的文件halcon-10.0.2-omap4-runtime.tar.gz，然后將其解壓縮，部署于Linux下，該文件中提供了Halcon運(yùn)行的庫文件Halcon.so等文件。然后我們將創(chuàng)建的CPP文件中使其頭上包含HalconCPP.h的頭文件，然后包含下列路徑后編譯我們的應(yīng)用并連接，即可生成嵌入平臺(tái)的運(yùn)行程序。

2 系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)及改進(jìn)

采用halcon機(jī)器視覺軟件處理數(shù)字或字符的識(shí)別異常簡單，我們的儀表表盤上僅有數(shù)字而沒有字符，其識(shí)別應(yīng)該更為簡單，但是我們在軟件實(shí)現(xiàn)過程中體會(huì)到，越是簡單，其難度越大。其困難的程度遠(yuǎn)超過了視覺中對車輛牌照的識(shí)別，數(shù)字儀表盤中，如圖1中有“2.5”儀表型號(hào)，還有“MC批文號(hào)粵制0000175”，及底下的儀表量程等干擾區(qū)域，給我們的識(shí)別帶來了異常困難。

利用Halcon對數(shù)字字符的識(shí)別，我們只應(yīng)用了特征庫匹配的方法，除此，系統(tǒng)還提供了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練和學(xué)習(xí)等算子，我們將對其實(shí)施改造，進(jìn)一步提高其識(shí)別效率，以改進(jìn)產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)能力，進(jìn)一步提高準(zhǔn)確度。

參考文獻(xiàn)

[1]張明新，李向偉，趙浪濤，等.基于嵌入式機(jī)器視覺的路基沉降監(jiān)測系統(tǒng)研究[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2013（4）：28-29.

[2]張廣軍.視覺測量[M].中國科學(xué)出版社，2008.