(南寧學(xué)院 廣西 南寧 530200)

一、引言

指針式儀表因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格便宜的優(yōu)點(diǎn)仍然廣泛應(yīng)用于工業(yè)以及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。但指針式儀表有著讀數(shù)過(guò)程繁瑣，讀數(shù)容易產(chǎn)生誤差等缺點(diǎn)。對(duì)指針式儀表讀數(shù)采用肉眼識(shí)別易受到諸多人為因素的影響，檢測(cè)效率低且精度不高，特別是長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)判讀，容易引起視覺(jué)疲勞，從而導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生，另外還有一些無(wú)法采用人工判讀的場(chǎng)合。而圖像識(shí)別技術(shù)利用數(shù)字圖像處理技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行轉(zhuǎn)換、偏差檢測(cè)、結(jié)果顯示實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化過(guò)程。

二、自動(dòng)讀數(shù)的整體結(jié)構(gòu)和流程

圖像識(shí)別的基本順序流程為：表盤圖像采集—圖像預(yù)處理-圖像分割-表盤圖像歸一化-指針示值判讀。分為圖像采集部分、圖像處理部分、結(jié)果顯示部分。圖像采集分為兩種，一是使用手機(jī)APP直接拍攝，二是在不能使用手機(jī)場(chǎng)合通過(guò)圖像采集模塊進(jìn)行傳輸?shù)绞謾C(jī)，例如OV7620圖像傳感器。圖像處理部分是機(jī)器內(nèi)部程序算法，對(duì)圖像進(jìn)行處理，然后根據(jù)人工預(yù)設(shè)參數(shù)值計(jì)算出結(jié)果，結(jié)果可以在手機(jī)APP上讀數(shù)。

三、圖像處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)

(一)圖像預(yù)處理

由于指針式儀表盤屬于“明背景，暗目標(biāo)”的灰度圖，指針信息集中在低灰度區(qū)，指針周圍背景處于中間灰度區(qū)。因此要將指針的信息凸顯出來(lái)，從背景分離。基于灰度期望確定區(qū)間。設(shè)從圖像中取一像素點(diǎn)，灰度值為L(zhǎng)J,則該點(diǎn)周圍的背景平均灰度隨其統(tǒng)計(jì)規(guī)律趨近于灰度期望∝。對(duì)于指針目標(biāo)來(lái)說(shuō)，由于指針為低灰度，當(dāng)灰度期望值小時(shí)指針與背景的對(duì)比度小。當(dāng)期望小到接近指針灰度時(shí)，指針被背景完全湮沒(méi)，因此根據(jù)灰度值的大小，可以將圖像分為三種狀態(tài)：湮沒(méi)、增強(qiáng)、顯著。若用-1，0，1分別表示這三種狀態(tài)，則儀表的圖像可記為：當(dāng)S[f(x,y)]=-1時(shí)，指針與背景不可分離，不能進(jìn)行處理和識(shí)別，為廢圖像，應(yīng)舍去；當(dāng)S[f(x,y)]=1時(shí)，指針與背景對(duì)比度顯著，無(wú)需作增強(qiáng)處理；當(dāng)S[f(x,y)]=0時(shí)需對(duì)圖像進(jìn)行對(duì)比度增強(qiáng)處理。

(二)圖像分割

由于儀表指針和刻度線的共性是灰度值較小，選用動(dòng)態(tài)閾值法，可以有效解決偏心誤差。獲取的圖像都是以矩形的形式存在，矩形對(duì)應(yīng)直角坐標(biāo)中的形式為I(x，y)，因此要將圖像從直角坐標(biāo)系變換到極坐標(biāo)系中。根據(jù)表盤圖像特征，先將表盤圖像I(x，y)進(jìn)行坐標(biāo)平移，指針的回轉(zhuǎn)中心為(x，y)，使指針的回轉(zhuǎn)中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，平移后的圖像為I′(x-X，y-Y)，將平移后的圖像進(jìn)行翻轉(zhuǎn)得到圖像I″(-(x-X)，y-Y)，在經(jīng)坐標(biāo)系變換到極坐標(biāo)中的圖像I?(θ，ρ)。

(三)圖像直線掃描

利用圖像直線掃描法可以有效解決圓掃描圓心偏心帶來(lái)的穩(wěn)定性的問(wèn)題。直角坐標(biāo)系中表盤圖像兩側(cè)的刻度線像素點(diǎn)的y值較大，而中間部分刻度線像素點(diǎn)的y值較小，根據(jù)(y-Y)2-(y-Y+ΔY)2=ΔY(2y-Y)，其中ΔY為掃描圓心Y的誤差，可以看出，在同一誤差下，y值越大對(duì)ρ的影響越大，變換后的表盤圖像會(huì)出現(xiàn)凹凸不平的現(xiàn)象，而當(dāng)圓心橫坐標(biāo)X出現(xiàn)誤差時(shí)，直角坐標(biāo)系中的表盤圖像的刻度線像素點(diǎn)x值是逐漸增大的，X的誤差對(duì)ρ的影響是由大變小的，因此變換后的表盤圖像會(huì)出現(xiàn)傾斜的情況。由于掃描圓心的誤差對(duì)θ的影響很小，刻度線總是垂直于橫坐標(biāo)軸，因此對(duì)變化后的圖像掃描可以獲得準(zhǔn)確的信息。

四、APP操作界面講解

一開(kāi)始，點(diǎn)擊獲取圖片，APP會(huì)打開(kāi)手機(jī)內(nèi)部相機(jī)拍攝圖片，拍攝完成后，選擇好電壓、電流或者是電阻，之后會(huì)跳出選擇單位選項(xiàng)，選擇好輸入的單位后，鍵入最大最小值，點(diǎn)擊確認(rèn)，然后內(nèi)部的解析程序就會(huì)開(kāi)始運(yùn)行，對(duì)圖片進(jìn)行加工處理后，再分析刻度，判斷出指針位置，由鍵入的最小最大值判斷出位置所指的讀數(shù)，然后在APP中顯示出讀數(shù)。

五、總結(jié)

本次項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)說(shuō)明了使用圖像分析技術(shù)在指針式儀表數(shù)據(jù)讀取上是可行的方案，雖然功能實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確讀取，但讀取精度上還是會(huì)因?yàn)榄h(huán)境的影響導(dǎo)致極大的讀取誤差，這是需要改進(jìn)的方面，在這個(gè)科技日漸發(fā)展的時(shí)代，雖然現(xiàn)在這項(xiàng)技術(shù)還只是實(shí)驗(yàn)，但是當(dāng)它成熟的時(shí)候一定會(huì)給社會(huì)帶來(lái)很大的改變。