CN105787476B - 一种基于多线阵相机的非接触高速采集识别方法 - Google Patents

Abstract

一种基于多线阵相机的非接触高速采集识别方法，具体步骤为：1)将辅助定位支架安装在待识别设备的前面板上，将电路板上的二极管位置与待识别设备上的指示灯位置重合放置；2)分别将电路板上的每一行二极管处于全亮状态，调整每一台高速线阵相机的位置，使高速线阵相机能够采集到电路板上对应行的二极管；3)拆除辅助定位支架，完成粗定位，系统开始进行采集识别。本发明方法可以满足对指示灯变化时序精度要求比较高的情况下的指示灯识别，实现无人值守高精度记录识别。由于本发明采用非接触设计，在使用过程中，不必与待识别设备保持接触，不会对其性状产生影响。

Description

一种基于多线阵相机的非接触高速采集识别方法

技术领域

本发明属于计算机监控领域，涉及一种基于多线阵相机的非接触高速采集识别方法。

背景技术

设备控制室内的设备上往往有很多的指示灯，用于指示相应设备的运行状态。因为设备上的指示灯很多，而且变化速度较快，由值班人员去进行记录容易产生错误数据，尤其是一些重要的指示灯，一旦对指示灯的状态变化情况错判或者遗漏，将会产生严重的后果。这就需要计算机监控技术的介入。

计算机监控技术是科学领域中一个富有挑战性的重要研究领域，高速图像采集技术是计算机监控技术中的一个特别需求。在高速图像采集技术中，为了对快速变化目标进行有效跟踪和提高测量精度，采用高分辨率、多视点、高帧频图像采集技术是目前一种新的技术途径。

现在对于仪器上信号灯的高速识别一般采用光线传感器来实现，即在需要识别的信号灯周围安装光线传感器，并用黑色外罩与外界光线隔离，从而实现信号灯的高速检测。而这种方法的缺点在于检测装置必须与被检测的仪器接触。

在搭建高速采集识别系统时，目前较多采用的是基于面阵CCD相机的检测方法。但是面阵相机的像元素、速度都很难达到快速检测信号灯的要求，且面阵相机还存在定位不精确，运算速度慢的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供基于多线阵相机的非接触高速采集识别系统，用于解决用户需要对设备上指示灯变化时序进行采集，并且对变化时序精度要求比较高的情况。

本发明包括如下技术方案：一种基于多线阵相机的非接触高速采集识别方法，涉及的采集系统包括显示器，工控机，高速线阵相机，辅助定位支架；各高速线阵相机之间通过级联方式互联，每台高速线阵相机均连接到工控机的网口；所述工控机、高速线阵相机和服务器须具有千兆特性；待识别设备上的每一行指示灯对应一台高速线阵相机；所述辅助定位支架上安装有带有二极管的电路板；步骤如下：

1)将辅助定位支架安装在待识别设备的前面板上，将电路板上的二极管位置与待识别设备上的指示灯位置重合放置；

2)分别将电路板上的每一行二极管处于全亮状态，调整每一台高速线阵相机的位置，使高速线阵相机能够采集到电路板上对应行的二极管；

3)拆除辅助定位支架，完成粗定位，系统开始进行采集识别

31)计算获得待识别设备上的指示灯的亮度值其中f表示采集到的待识别设备上的指示灯图像范围内各个像素点的亮度值，n表示该范围内像素点的总数，i为每个点的下标；在待识别设备上的指示灯完全熄灭的情况下对待识别设备的面板进行采样，采集H个点亮度值，H大于等于3；取其中三个最大的三个值D1、D2、D3的均值作为基准背景值，计算获得识别阈值其中M设置的固定值；

33)进行均值滤波去噪，用需要处理的像素点周围的像素点的均值替换原像素值，得到校正后的像素值；对之前粗定位结果进行比对校正，当待识别设备上有指示灯亮起时，进入校正程序，具体为：查找该指示灯所对应的校正后的像素值，与之前粗定位时的像素值进行比较，通过最近邻法找出它所对应的粗定位的指示灯的位置，并用校正后指示灯的坐标值替换粗定位指示灯的坐标值；

34)启动待识别设备，并根据步骤32)求得的识别阈值对待识别设备工作时，设备上指示灯的亮灭进行采集识别判断。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1.可以满足对指示灯变化时序精度要求比较高的情况下的指示灯识别，实现无人值守高精度记录识别。

2.由于本发明采用非接触设计，在使用过程中，不必与待识别设备保持接触，不会对其性状产生影响。

附图说明

图1硬件系统结构图，其中1为级联的高速线阵相机组，2为前端工控机，3为服务器。

图2相机触发连接图，其中4为主相机，5为第一从相机，6为第二从相机，依次向下连接。

图3定位支架结构图，其中7为铝合金框架，8为横向调节轨道，9为纵向调节轨道，10为电路板，11为定位指示灯，12为电源模块。

图4定位得到的图像。

图5指示灯状态识别流程图。

图6前两个相机的识别结果数据。

具体实施方式

下面就结合附图对本发明做进一步介绍。

图1为硬件系统结构图，如图所示，十个高速线阵相机1分成两组，通过级联方式互联，两组高速线阵相机1通过千兆网线连接到前端工控机2的千兆网口。两台前端工控机2可同时工作，为了保证相机采集信号的同步，两台工控机同时工作时，其中一台前端工控机2在工作软件内设为主工作模式，另一台工控机在工作软件内设为从工作模式。前端工控机2对相机采集到数据通过图像处理软件进行处理，记录所有灯的变化状态，并且写入文件，每一分钟保存成一个文件，并将该文件自动发送给服务器3，供用户进行历史查询，数据分析等操作。

图2为相机触发连接图，主相机4通过级联方式与第一从相机5、第二从相机6等依次相连，直到十个线阵相机完全连在一起。工作时，主相机4接收到软件控制命令并启动后，将从机身上的触发信号接口的触发输出端OUT向外发送触发同步信号，该信号将引入下一个从相机触发信号接口的触发输入端IN，并再从该从相机触发信号接口的触发输出端OUT继续引出，以此向下传递，直至所有相机都接收到触发信号。当工控机工作在主工作模式下，第一网卡负责连接主相机4，第二网卡连接第一从相机5，第三网卡连接第二从相机6，依次类推，按顺序连接所有相机。当工控机工作在从工作模式下，所有网卡均连接从相机。第一网卡连接第一从相机，第二网卡连接第二从相机，第三网卡连接第三从相机，依次类推，按顺序连接所有相机。

图3为定位支架结构图，为了使线阵像机准确对准等效器上的一行发光二极管，本系统设计了辅助定位支架模仿等效器上的一行发光二极管全亮状态，用于摄像机的对准和软件定位，使用时安装在等效器的前面板。定位支架的核心是定位电路板10，定位电路板10上的定位指示灯11是根据实际设备上发光二极管的相对位置设计的。观察孔12和纵向调节轨道11、横向调节轨道8是联合使用的，通过观察孔12在安装时判断定位支架上的灯是否与等效器上的二极管对齐，如果没有对齐，通过纵向调节轨道11和横向调节轨道8来调节高度，使两者对齐。电源模块13连接电源和开关，用来控制定位电路板10上指示灯的亮灭，以模仿等效器上发光二极管的全亮状态。

图4为定位时的相机图像，如图所示，可以看到10条清晰的亮线，这十条亮线对应的就是定位支架上的十个亮起的指示灯。因为是线阵相机，接收到的是一条直线上的信息，所以刚开始时很可能是黑屏，此时需要调节相机上的云台使线阵相机对准并捕捉辅助定位支架上点亮的那一行灯，直到出现如图所示的10条清晰的亮线。

图5是识别算法流程图。识别算法的设计是软件的核心部分，也是识别成功的最关键部分，为了保证每拍灯都能精确识别，本发明的软件采用了多线程的设计方案，以保证各个识别线程在时间上不会出现干扰。

第一步，创建识别线程：

需要对每个相机创建识别线程，用于分别处理不同相机采集到的数据。使用函数为AfxBeginThread。

第二步，创建和处理数据事件：

为了能够对采集的图像数据及时进行处理，这就要用到事件创建和处理函数：CreateEvent、SetEvent、ResetEvent和WaitForMultipleObjects。当完成一个线程的创建之后，使用WaitForMultipleObjects函数去检查CreateEvent所创建事件的状态，一旦状态符合说明这一帧数据已经处理完，则跳出循环等待下次数据的到来。

第三步，确定识别阈值：

指示灯的亮度值作为判别其为亮或灭的条件，软件应可以根据每个指示灯所属区域范围内的亮度值来判断它的状态。理论上指示灯的亮度D计算公式如下：

其中f表示指示灯位置范围内各个像素点的亮度值，n表示该范围内像素点的总数，i为每个点的下标。

本软件在中心附近取5个像素点参与计算，得到的平均值作为该指示灯的亮度值。

指示灯亮灭的判断阈值，必须在识别之前确定，确定之后，将作为后续识别的标准。高于这个阈值，判别为亮，低于阈值，判别为灭。因为每个指示灯的亮度最大值有差异的，而且存在背景亮度值高于亮度中值的可能性，所以采用背景值加定值的方法来确定阈值。

在指示灯完全熄灭的情况下对等效器面板进行采样，采集若干个点B1、B2、B3......Bn,取其中三个较大值D1、D2、D3的均值作为基准背景值，在这个最大值得基础上加上一个固定值M作为识别阈值。计算公式如下：

均值滤波对需要处理的像素设置了模板，这个模板由与其相邻的一些像素点构成，将这些点的均值替换原像素值。

因为本发明用的是线阵相机，所以只需要对一维数据进行均值滤波去噪，用需要处理的像素点周围的像素点的均值替换原像素值，得到校正后的像素值。

第四步，对指示灯的位置进行实时校正：

之前通过定位支架定位的结果只是粗定位，因为定位支架上的灯不可能与等效器上的灯完全对准，会有一些偏差，本环节将对之前的定位结果进行校正，当火工品等效器上有灯亮起时，程序判断该灯是否校正过，如果没有，则进入校正程序。查找该灯所对应的像素值，与之前粗定位结果进行比较，通过最近邻法找出它所对应的粗定位的灯，并用校正后的坐标值替换粗定位的坐标值。

第五步，启动待识别设备，并根据求得的识别阈值对待识别设备工作时，设备上指示灯的亮灭进行采集识别判断。

识别结果如图6所示，系统开始工作并计时，每当某一行有一个二极管发生变化就会在该行对应识别结果栏内产生一条数据，可以看到每条数据由四个字段组成，第一个字段表示等效器类型；第二个字段第一个数字表示行数，第二个数字表示列数；第三个字段1表示亮，0表示灭；第四个字段表示时间。可见本系统可以准确的测量出高速变化的灯的变化情况，精度可以达到1ms以内，并记录下来。

本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。

Claims (1)

1.一种基于多线阵相机的非接触高速采集识别方法，涉及的采集系统包括显示器，工控机，高速线阵相机，辅助定位支架；各高速线阵相机之间通过级联方式互联，每台高速线阵相机均连接到工控机的网口；所述工控机、高速线阵相机和服务器须具有千兆特性；待识别设备上的每一行指示灯对应一台高速线阵相机；所述辅助定位支架上安装有带有二极管的电路板；其特征在于步骤如下：

1)将辅助定位支架安装在待识别设备的前面板上，将电路板上的二极管位置与待识别设备上的指示灯位置重合放置；

2)分别将电路板上的每一行二极管处于全亮状态，调整每一台高速线阵相机的位置，使高速线阵相机能够采集到电路板上对应行的二极管；

3)拆除辅助定位支架，完成粗定位，系统开始进行采集识别

31)计算获得待识别设备上的指示灯的亮度值其中f表示采集到的待识别设备上的指示灯图像范围内各个像素点的亮度值，n表示该范围内像素点的总数，i为每个点的下标；在待识别设备上的指示灯完全熄灭的情况下对待识别设备的面板进行采样，采集H个点亮度值，H大于等于3；取其中三个最大的三个值D1、D2、D3的均值作为基准背景值，计算获得识别阈值其中M设置的固定值；

32)进行均值滤波去噪，用需要处理的像素点周围的像素点的均值替换原像素值，得到校正后的像素值；对之前粗定位结果进行比对校正，当待识别设备上有指示灯亮起时，进入校正程序，具体为：查找该指示灯所对应的校正后的像素值，与之前粗定位时的像素值进行比较，通过最近邻法找出它所对应的粗定位的指示灯的位置，并用校正后指示灯的坐标值替换粗定位指示灯的坐标值；

33)启动待识别设备，并根据步骤31)求得的识别阈值，对待识别设备工作时设备上指示灯的亮灭进行采集和识别判断。