CN101324452A - 一种指针式仪表自动检定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种指针式仪表自动检定方法。用摄像头采集仪表表盘图像，传送到计算机存储并显示；用最小二乘拟合圆的方法确定表盘中心，并计算出该被检表的表盘中心到指针端部的距离；使用区域分割法将表盘图像中只包含刻度线或指针的部分分割出来，只对该部分进行处理，用该方法分别识别出刻度和指针位置，计算出当前指针位置的示值；使用先确定指针到达被检点，再读取光栅尺的值的反馈机制，求取对应点的示值误差。采用计算机自动读取表盘图像及标准值，分割出所需的图像特征区域，精确、快速的计算出仪表示值，通过先判定到达被检点再读标准值，更准确的计算出示值误差，提供了用计算机自动检定指针表的方法，提高了仪表检定效率。
Description
技术领域
本发明涉及仪表自动检定方法，尤其是涉及一种指针式仪表自动检定方法。
背景技术
指针式仪表在工业生产中仍然有着广泛的应用，需求量很大，每年都有数以万计的生产出来。在其出厂前要进行检定，在其使用过程中要定期进行检定，以保证其精度。
目前真正应用到使用中的指针表自动检定系统很少，而且精度和速度都不能保证。因此，多数检定还是依靠人工检定的方式，其检定方法是：在仪表的量程范围内，给定若干点的标准物理量值，作为标准值，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。这种检定方式存在着误差大、效率低、易受主观因素影响等缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种指针式仪表自动检定方法，利用存储在计算机内的自动检定处理程序，对上述仪表检定过程进行计算机控制，该程序完成表盘图像采集、图像存储及定位、表盘中心提取、刻度位置识别、指针位置识别、标准值获取、计算指针表示值误差等，并给出检定结果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案的步骤如下：
1)用摄像头采集仪表表盘图像，传送到计算机存储并显示；
2)用最小二乘拟合圆的方法确定表盘中心，并计算出该被检表的表盘中心到指针端部的距离；
3)使用区域分割法将表盘图像中只包含刻度线或指针的部分分割出来，只对该部分进行处理，用该方法分别识别出刻度或指针位置，计算出当前指针位置的示值；
4)使用先确定指针到达被检点，再读取光栅尺的值的反馈机制，求取对应点的示值误差。
所述的用摄像头采集仪表表盘图像，是利用存储在计算机中的自动检定处理程序，将摄像头采集的一帧图像以数组的形式保存到计算机内存中，并在屏幕上显示。
所述的用最小二乘拟合圆的方法确定表盘中心，是选取6幅指针在不同位置的图像，搜索到它们指针端部的点，任取3个点使用最小二乘拟合圆，得到一个圆心，再选取6个点中到该圆心距离最远的3个点重新进行拟合，得到的圆心作为表盘中心，然后，求出表盘中心到指针端部的距离。
所述的使用区域分割法将表盘图像中只包含刻度线或指针的部分分割出来，是利用表盘中心和表盘中心到指针端部的距离，获得表盘图像中任意位置的像素点，因此，在识别刻度和指针位置时，将所需特征区域提取出来单独处理，减少计算量。
所述的使用先确定指针到达被检点，再读取光栅尺的值的反馈机制，求取对应点的示值误差，是先利用自动检定处理程序判读出指针在某位置时的示值，如果当前示值为规定的被检点，则读取此时光栅尺的值，用两者计算出该被检点的示值误差。
以计算机、摄像头、光栅尺为主要设备，摄像头通过USB连接线接于计算机，自动检定处理程序存储在计算机内，光栅尺信号通过同轴电缆输入到计算机内。启动程序，读取表盘图像，存入内存，对图像进行差影、二值化等处理后，定位表盘中心，识别出刻度和指针位置，计算读数；如果是规定的被检点的值，则读取光栅尺的读数，根据两者计算出示值误差。
本发明与背景技术相比，具有的有益的效果是：
计算机自动读取表盘图像及标准值，分割出所需的图像特征区域，精确、快速的计算出仪表示值，通过先判定到达被检点再读标准值，更准确的计算出示值误差，提供了用计算机自动检定指针表的方法，提高了仪表检定效率。
附图说明
图1是本发明的程序流程图。
图2是指针表自动检定方法实施例的图像区域分割示意图。
图中：1.表盘圆周，2.分割区域外圆周，3.分割区域内圆周，4.分割区域部分。
具体实施方式
如图1所示，程序按顺序执行，“初始化”部分对检定系统连接摄像头，步进电机等，并进行初始化设定，确定系统是否正常；
“读取表盘图像，存储并显示”，指针表的表盘图像由摄像头、USB接口读入计算机，利用计算机内的自动检定程序，将一帧数据以数组的形式读取到计算机内存中，同时送到对应的显示内存中，方便在屏幕上显示；
“提取表盘中心”，是利用读取到的指针位置不同的6幅表盘图像，两两进行差影运算，搜索到指针端部的点，任选3点，使用最小二乘拟合圆的方法得到圆心，然后，利用与该圆心距离较远的3个点，使用最小二乘拟合圆的方法得到圆心，该点作为表盘的中心，一般认为表针回转中心与表盘中心重合；
“刻度位置识别”，利用提取出的表盘中心，以及中心到刻度线区域的长度，可以分割出只有刻度线的一部分区域，对该区域二值化，对所有黑像素点计算出与中心所成的角度，记录下来，用于在计算指针示值的时候使用；
“指针位置识别”，利用提取出的表盘中心，可以分割出只包含指针一段的区域，对该区域二值化，对所有的黑像素点计算出与中心所成的角度，与计算出的刻度比较，可以得到指针的示值；
“计算示值误差”，计算出某个位置指针的示值，将其保存到计算机内存中，待所有的被检点全部完成检定，根据所有示值误差可以得出该被检表的精度等级。
如图2所示，是区域分割方法的示意图。1.表盘圆周，2.分割区域外圆周，3.分割区域内圆周，4.分割区域部分，当要提取表盘上的某部分区域时，可以根据表盘中心O和半径得到只包含刻度线或指针的部分的分割区域部分4。然后只对分割区域部分4进行处理，这样可以减少对无用像素点的重复处理。
检定一块指针式仪表的过程具体如下：
首先，初始化，检查摄像机和步进电机等是否正常；将各个数据存储对象设置为初始值；
然后，用摄像机采集指针位置不同的6幅表盘图像，存储到计算机内存中。预先存储在计算机中的自动检定程序，对这6幅图像进行两两差影、二值化等处理，再搜索到指针端部的点，并记录下来，用其中任意3个点，通过最小二乘拟合圆的方法得到一个圆心，通常，该圆心并不是非常准确的表盘中心。因此，为了更准确的得到表盘中心，选出该圆心到6个指针端部点的距离较远的3个，再次通过最小二乘拟合圆的方法得到一个圆心，则该圆心可以作为该被检表的表盘中心。
得到表盘中心后，接下来要识别出所有刻度线，并记录下来以便在计算被检点示值的时候使用。识别刻线的时候，为了减少表盘图像中刻线以外信息的影响，减小计算量和避免重复计算不必要的象素点，就要使用区域分割的方法，将只包含刻度线的图像区域分割出来进行处理。已知表盘中心和指针端部的点，可以在表盘图像上作一个同心圆环，该圆环只包含刻度线区域，并将该区域的所有象素点记录下来。然后，对该区域进行阈值分割，用中心投影法计算各个黑象素点与表盘中心所成角度，并将它们用加权的方法进行划分，即可以得到对应每个刻线的角度，全部记录下来。对于特殊情况时，有的刻线没有识别出来，可以根据该刻线前后的刻线得到该刻线对应的值。
当刻线全部识别出来之后，整个预处理过程就完成，然后就是对各个规定的被检点进行示值判读的过程。当指针达到某个位置时，计算其示值的过程与刻线识别过程相似，也是使用区域分割的方法，这里是将只包含指针部分的区域分割出来。
计算出该被检点的示值以后，首先判断它是否是规定的被检点，如果是，则由自动检定程序读取此时光栅尺的值，由判读出的示值和光栅尺的值可以计算出该被检点的示值误差，并保存下来。这样，一个被检点的检定就完成了。如果判读的示值不是规定的被检点，则自动检定程序转去读取下一帧表盘图像，再计算其示值，直到到达规定的被检点，才进行示值误差计算。
如上述的示值判读过程，直到所有的被检点都检定完成，该被检表的检定过程即完成。
最后，给出检定结果报告，其中包括该被检表的精度等级以及误差等参数。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1、一种指针式仪表自动检定方法，其特征在于该方法的步骤如下：
1)用摄像头采集仪表表盘图像，传送到计算机存储并显示；
2)用最小二乘拟合圆的方法确定表盘中心，并计算出该被检表的表盘中心到指针端部的距离；
3)使用区域分割法将表盘图像中只包含刻度线或指针的部分分割出来，只对该部分进行处理，用该方法分别识别出刻度或指针位置，计算出当前指针位置的示值；
4)使用先确定指针到达被检点，再读取光栅尺的值的反馈机制，求取对应点的示值误差。
2、根据权利要求1所述的一种指针式仪表自动检定方法，其特征在于：所述的用摄像头采集仪表表盘图像，是利用存储在计算机中的自动检定处理程序，将摄像头采集的一帧图像以数组的形式保存到计算机内存中，并在屏幕上显示。
3、根据权利要求1所述的一种指针式仪表自动检定方法，其特征在于：所述的用最小二乘拟合圆的方法确定表盘中心，是选取6幅指针在不同位置的图像，搜索到它们指针端部的点，任取3个点使用最小二乘拟合圆，得到一个圆心，再选取6个点中到该圆心距离最远的3个点重新进行拟合，得到的圆心作为表盘中心，然后，求出表盘中心到指针端部的距离。
4、根据权利要求1所述的一种指针式仪表自动检定方法，其特征在于：所述的使用区域分割法将表盘图像中只包含刻度线或指针的部分分割出来，是利用表盘中心和表盘中心到指针端部的距离，获得表盘图像中任意位置的像素点，因此，在识别刻度和指针位置时，将所需特征区域提取出来单独处理，减少计算量。
5、根据权利要求1所述的一种指针式仪表自动检定方法，其特征在于：所述的使用先确定指针到达被检点，再读取光栅尺的值的反馈机制，求取对应点的示值误差，是先利用自动检定处理程序判读出指针在某位置时的示值，如果当前示值为规定的被检点，则读取此时光栅尺的值，用两者计算出该被检点的示值误差。
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