CN100361134C - 一种指针表自动认读方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种指针表计算机自动检定的方法，利用输入到一个公知计算机内的计算机程序仪表检定过程进行计算机自动检定，本发明由计算机图像、采集卡、摄像头和输入到计算机中的指针表自动检定程序构成，自动认读程序装于计算机硬盘上，启动程序，程序通过定位标记提示定位，通过图像采集卡读取表盘图像，存入计算机内存，对图像进行二值化后，采用距离最小二乘法拟合出表针位置，计算指针仪表读数并生成检验报告，本发明解决了指针仪表人工检定中存在误差大、效率低、主观性强等问题，建立了指针仪表计算机自动检定方法，本发明的有益效果是能够适时、准确认读指针表的示值，快速进行仪表检定，给出报表，大大提高了仪表检定的效率和精度，该发明可用于仪表的自动检定及需要自动进行仪表认读的系统。

Description

一种指针表自动认读方法

技术领域  本发明涉及仪表检定的技术领域，特别涉及计算机自动检定系统中指针表的计算机自动检定方法。

背景技术  目前，在标准计量部门和检修部门，经常需要对仪表进行检定，计算机自动仪表检定被认为是一种准确、高效检定方法，它已用于具备数字接口仪表的自动检定，但是对于仍在大量使用的不具备数字接口的指针表的检定仍由人工进行，其检定方法是：在仪表的量程范围内，给定数点的标准物理量值，用待检表示值，从待检表上逐一读取这些点的示值，根据示值与标准值的偏差，判定待检表是否合格，这种人工方法存在误差大、效率低、主观性强等缺点。

发明内容  针对现有指针表人工检定中存在的问题，本发明提供一种指针表计算机自动检定的方法，利用输入到一个公知计算机内的计算机程序对上述仪表检定过程进行计算机控制，该计算机程序完成图像采集、图像读取、图像定位、指针位置识别，指针仪表读数计算并生成报告，该方法解决了指针仪表需要进行人工检定的问题，建立了指针仪表计算机自动检定方法，该方法能够适时、准确认读指针表的示值，快速进行仪表检定，给出报表，大大提高了仪表检定的效率和精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：以公知的计算机、摄像头、图像采集卡为主要设备，其联接关系是，摄像机通过同轴电缆接于图像采集卡，图像采集卡插入计算机主板的扩展槽内，自动认读程序装于计算机硬盘上，启动程序，程序通过定位标记提示定位，通过图像采集卡读取表盘图像，存入计算机内存，对图像进行二值化后，拟合出表针位置，计算出读数。

本发明的有益效果是，计算机自动读取指针表图像，精确、快速计算出仪表读数，提供了用计算机自动检定指针表的方法，使仪表检定的效率大为提高。

附图说明  下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本发明的技术内容叙述如下。

图1是本发明的程序流程图。

图2是指针表自动认读方法实施例的图像定位图。

图3是指针表自动认读方法实施例的硬件组成原理图。

图1、图2中，程序按流程执行，“初始化”模块是对测试系统进行自检，确定系统是否正常；“表盘图像读取、显示、存贮”，仪表盘图像经摄像头、数据采集卡读入计算机，利用装入计算机中的程序，在程序启动后，将图像采集卡内存中的一帧数据以数组形式读取到计算机内存中，同时将这组数据送到对应的显示内存中以便在屏幕上显示；

“表盘图像定位显示、存贮定位数据”指程序在屏幕上画出一个以屏幕中心为中心、以1/2屏幕高度稍小的象素值为半径的定位圆，以白色显示圆周1和圆心3，以此定位圆为参照，摄像头装在有六个自由度的夹具上，调整摄像头的位置，使表盘图像中心点及圆周与参考圆圆心及圆周重合，将参考圆看成正立的时钟，以圆心为起点在七点处和五点处分别画一条起始线4与终止线5，长度为

参考圆半径，用鼠标分别激活参考圆上的起始线4与终止线5，并移动使它们分别与仪表盘上的起、终止刻度线重合，结束后按“确定”键，这些数据被记入另一个数组中供计算读数使用，使用定位圆方法使图像定位方便、直观、指针认读速度加快、误检率小；

进入循环测试，当待测点数不为0时，给定一个值，“物理量发生器”产生相应的物理量(如压力)送到被测表上，延时一个时间，待指针稳定后，从数据采集卡上读取图像并存于数组中，便于程序作认读处理；

在表盘图像中查找表针所在区域，程序以一个滑动窗2为动区域，其宽度为表针对应区域最大宽度的1.2倍，长度为表针头部到圆心的1/2，滑动窗2沿仪表指针前半部分可能移动过的扇形带滑动，将扇形带图像进行局部化、二值化和滤波处理，再进行模式匹配，在滑动窗滑动过程中统计图像中处于滑动窗内的前景象素点数，在不同位置时窗口内的前景象素点数会不同，当指针前半部分全部进入滑动窗口时象素点数最多，找出滑动窗经过的全部扇形带的象素点数最大值所对应的区域即为指针所在区域，以此作为一个集合，进行表针位置的拟合，认读效率很高，而且不易受刻度线干扰；

“距离最小二乘直线拟合”模块：将指针的对称中心线拟合出来，采用点到直线距离平方和最小算法，经推导得回归直线为：

Y＝AX+B

其参数为：

特别地，当N∑x_iy_i～∑x_i∑y_i＝0时直线为

$X=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i$

上述式中，(x_i，y_i)(i＝1，...，N)表示指针上二值化后的处于滑动窗口中的表针图像素点的坐标，此算法的有益效果为能拟合出指针的对称中心，而经典最小二乘法采用了Y轴或X轴偏差，所以拟合的直线一般得不到中心线上，而且随着指针姿态的不同拟合直线偏离中心线的程度会不同，这给计量带来误差；

“表针读数计算记录数据”，读数x为：

$x=\frac{\mathrm{\θ}-(1-\mathrm{\δ})}{\mathrm{\Δ}-(1-\mathrm{\δ})}\·(L-\mathrm{\ϵ})+\mathrm{\ϵ}$

式中，θ回归直线与起始线4的夹角，Δ为起始线4与终止线的夹角，δ为仪表的缩格角度，L为仪表的量程，ε为缩格读数；

“记录数据”模块：记录一个测点的数据；

重复执行以上测试步骤直到测试完成，最后进行数据后处理给出报表；

图3是上述实施例的硬件组成原理图，1、计算机，2、图像采集卡，3、摄像机，4、待检压力表。

在图3中，计算机1通过插在扩展槽上的图像采集卡2与摄像机3相连，摄像机3摄取压力表盘4上的图像供程序处理，计算机为奔IV，主频为1.8兆内存256兆，硬盘为80G，图像采集卡为CG400，具有动态位图采集功能，采集速度为25帧/秒。摄像机TOYA为480线用于256级灰度图像采集。

Claims (1)

1. 一种指针表自动认读方法，包括：

   用于将仪表盘图像经摄像头数据采集卡读取到计算机的步骤；

   用于将仪表表盘图像定位显示和存贮定位数据的步骤；

   用于从表盘图像中查找表针所在区域的步骤：

   用于表针图像中心线距离最小拟合的步骤：

   用于表针读数计算的步骤；

   其特征是所述指针表认读方法还包括：

   所述仪表盘图像经摄像头数据采集卡读取到计算机，是利用装入计算机中的程序，在程序启动后，将图像采集卡内存中的一帧数据以数组形式读取到计算机内存中，使读取速度加快，同时将这组数据送到对应的显示内存中以便在屏幕上显示：

   所述表盘图像定位显示并存贮定位数据，指程序在屏幕上画出一个以屏幕中心为中心以1/2屏幕高度稍小的象素值为半径的定位圆，以此定位圆为参考，调整摄像头的位置，使表盘图像中心点及圆周与参考圆圆心及圆周重合，同时以圆心为起点在类似于时钟的七点处和五点处分别画一条起始线与终止线，长度为

   

   半径，用鼠标分别激活参考圆上的起始线与终止线，并移动使它们分别与仪表盘上的起、终止线重合，结束后按“确定”键，这些数据被记入另一个数组中供计算读数使用，使用定位圆方法使图像定位方便、直观、指针认读速度加快、误检率小；

   所述从表盘图像中查找表针所在区域，指程序以一个滑动窗为动区域，其宽度为表针对应区域最大宽度的1.2倍，长度为表针顶部到圆心的1/2，滑动窗沿仪表指针前半部分可能移动过的扇形带滑动，将扇形带图像进行局部化、二值化和滤波处理，再进行模式匹配，在滑动窗滑动过程中统计图像中处于滑动窗内的前景象素点数，在不同位置前景象素点数会不同，当指针前半部分全部进入滑动窗口象素点数最多，找出滑动窗经过的全部扇形带的象素点数最大值所对应的区域即为指针所在区域，以此作为一个集合，进行表针位置的拟合，此方法认读效率很高且不易受刻度线或刻度字符干扰；

   所述表针图像中心线距离最小拟合，采用点到直线距离平方和最小算法，令中心线为Y＝AX+B，程序执行下面推导出的计算公式，求其参数为

   $\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\β}=\frac{(\mathrm{N\Σ}{x_i}^2-\mathrm{N\Σ}{y_i}^2+\mathrm{\Σ}y_i^2-\mathrm{\Σ}x_i^2)}{\mathrm{N\Σ}{x}_i{y}_i-\mathrm{\Σ}{x}_i{\mathrm{\Σy}}_i}\\ A=\frac{-\mathrm{\β}\±\sqrt{{\mathrm{\β}}^2+4}}{2}\\ B=\frac{1}{N}(\mathrm{\Σ}{y}_i-\mathrm{A\Σ}{x}_i)\end{array}\right.$ (当N∑x_iy_i-∑x_i∑y_i≠0)

   特别地，当N∑x_iy_i-∑x_i∑y_i＝0时直线为

   $X=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{x}_i$

   上述式中，(x_i，y_i)(i＝1，...，N)表示指针上二值化后滑动窗中所有前景象素点(N个)的坐标，此算法的有益效果为能拟合出指针的对称中心，克服了经典最小二乘法采用了Y轴或X轴偏差拟合直线一般不在中心线，而且随着指针姿态的拟合直线偏离中心线的程度不同等缺陷；

   “表针读数计算记录数据”，读数x为：

   $x=\frac{\mathrm{\θ}-(1-\mathrm{\δ})}{\mathrm{\Δ}-(1-\mathrm{\δ})}\·(L-\mathrm{\ϵ})+\mathrm{\ϵ}$

   式中，θ为回归直线与起始线(4)的夹角，Δ为起始线(4)与泻终止线的夹角，δ为仪表的缩格对应的角度，L为仪表的量程，ε为缩格对应的读数。

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