CN109470290B - 一种仪表指针自动校准方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供仪表指针自动校准方法及装置，通过获取待校准仪表的图像，运用图形处理的方式，实现了仪表指针的自动校准，相对于传统的手动校准，可靠性高，效率高，适用于工业生产。

Description

一种仪表指针自动校准方法及装置

技术领域

本发明涉及仪表技术领域，尤其涉及一种仪表指针自动校准方法及装置。

背景技术

目前机械仪表在指针装配时都会存在一定的误差，大部分指针不能完全对准零刻度，需要对指针进行校准，使其对准零刻度。

在现有技术中，机械仪表指针的校准，通常是采用目视然后手动输入电机步数多次修正的方式，效率低，可靠性差。

因此，现有技术有待进一步改进。

发明内容

本发明提供一种仪表指针自动校准方法及装置，旨在解决现有技术中的缺陷，实现了仪表指针的自动校准。

为达到上述目的，本发明所采取的技术方案为：

本发明一方面提供一种仪表指针自动校准方法，包括：

S1、获取待校准仪表盘的图像并进行预处理；

S2、学习校准点；

S3、获取矩形模板图片的对角线交点的坐标；

S4、获取待校准仪表盘的圆心坐标；

S5、绘制第一辅助圆、第二辅助圆，所述第一辅助圆、第二辅助圆与所述待校准仪表盘同圆心；

S6、获取第一辅助线段、第二辅助线段，所述第一辅助线段为所述指针与所述第一辅助圆相交而得到的第一弦，所述第二辅助线段为所述指针与所述第二辅助圆相交而得到的第二弦；

S7、获取第一辅助坐标、第二辅助坐标，所述第一辅助坐标为所述第一弦的中点的坐标，所述第二辅助坐标为所述第二弦的中点的坐标；

S8、获取指针实际指向和待校准点之间的角度差；

S9、根据所述角度差对待校准仪表进行校准。

具体地，所述第一辅助圆的半径小于所述第二辅助圆的半径，所述第二辅助圆的半径小于所述指针长度，所述第一辅助圆、第二辅助圆不与所述待校准仪表盘上的丝印发生干涉。

具体地，所述步骤S6包括：

步骤601、生成所述第一辅助圆、第二辅助圆感兴趣区域的图像描述符；

步骤602、根据所述感兴趣区域的图像描述符获得所述感兴趣区域的像素坐标；

步骤603、获取所述指针的两侧边缘与所述第一辅助圆的第一边缘交点、第二边缘交点，所述指针的两侧边缘与所述第二辅助圆的第三边缘交点、第四边缘交点；

步骤604、连接所述第一边缘交点、第二边缘交点得到第一弦，连接所述第三边缘交点、第四边缘交点得到第二弦。

具体地，所述步骤S9包括：

步骤901、将所述角度差转换为电机修正步数；

步骤902、将所述电机修正步数写入所述待校准仪表的存储器中。

本发明另一方面提供一种仪表指针自动校准装置，包括：

图像获取模块、图像预处理模块、模板学习模块、坐标获取模块、辅助圆绘制模块、辅助线生成模块、角度获取模块、校准模块；

所述图像获取模块、图像预处理模块、模板学习模块依次连接，所述坐标获取模块与所述模板学习模块、辅助圆绘制模块、辅助线生成模块、角度获取模块分别连接，所述辅助圆绘制模块、辅助线生成模块、角度获取模块依次连接，所述校准模块与所述角度获取模连接；

所述图像获取模块，用于获取待校准仪表盘的图像；

所述图像预处理模块，用于对采集到的待校准仪表盘的图像进行预处理；

所述模板学习模块，用于学习校准点；

所述坐标获取模块，用于获取相关坐标；

所述辅助圆绘制模块，用于根据坐标获取模块的圆心坐标绘制辅助圆；

所述辅助线生成模块，用于在所述辅助圆内生成辅助线；

所述角度获取模块，用于获取指针实际指向和待校准点之间的角度差；

所述校准模块，用于根据所述角度差对待校准仪表进行校准。

本发明的有益效果在于：本发明通过获取待校准仪表的图像，运用图形处理的方式，实现了仪表指针的自动校准，相对于传统的手动校准，可靠性高，效率高，适用于工业生产。

附图说明

图1是本发明的待校准仪表盘的示意图；

图2是本发明的仪表指针自动校准方法的流程示意图；

图3是本发明的辅助圆的放大示意图；

图4是本发明的仪表指针自动校准装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，附图仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制。

如图1所示，由于指针装配误差，仪表指针位于0刻度以下，需要将仪表指针校准到刻度0。

如图2所示，本发明的实施例一方面提供一种仪表指针自动校准方法，包括：

步骤1、获取待校准仪表盘的图像并进行预处理。

在具体实施时，通过图像获取装置(例如工业相机)对待校准的仪表盘进行拍摄，并对采集到的待校准仪表盘的图像进行预处理，所述预处理包括灰度化、二值化。

在具体实施时，通过NI Vision的IMAQ ExtractSingleColorPlane函数将待校准仪表盘的图像转化为灰度图，通过IMAQ Threshold函数将所述灰度图转换成二值图像。

NI Vision是美国国家仪器公司设计的一款图像处理软件，通过LABVIEW编程，使用NI视觉开发包，就能设计出符合用户要求的图像处理方案。

步骤2、学习校准点。

如图1所示，在处理后的待校准仪表盘的图像上任意选取至少三个共圆心的刻度进行学习。

如图1所示，选择0、4、6、8四个共圆心的刻度作为学习点，并将它们的标准模板分别作为校准点J1的矩形模板图片、校准点J2的矩形模板图片、校准点J3的矩形模板图片、校准点J4的矩形模板图片，并将所述四个校准点的矩形模板图片和大小参数保存到可存储区域，如本地电脑、网络盘等。

在具体实施时，通过NI Vision的IMAQ WriteFile函数将所述矩形模板图片和大小参数保存到可存储区域。

步骤3、获取所述矩形模板图片的对角线交点的坐标。

所述矩形模板图片对角线的交点就是校准点的坐标，如图1所示，校准点J1的校准点坐标为Z1，校准点J2的校准点坐标为Z2，校准点J3的校准点坐标为Z3，校准点J4的校准点坐标为Z4。

在具体实施时，可以使用NI Vision的IMAQ Find Pattern 4函数找到与刻度0、刻度4、刻度6、刻度8矩形学习模板相同的区域，并输出所述区域的中心相对应的点坐标Z1、Z2、Z3、Z4，即为刻度0、刻度4、刻度6、刻度8校准点坐标。

步骤4、获取待校准仪表盘的圆心坐标。

从所述四个校准点坐标Z1、Z2、Z3、Z4中选取任意三点坐标，即可计算出待校准仪表盘的圆心坐标s，如图1所示。

步骤5、绘制第一辅助圆、第二辅助圆，所述第一辅助圆、第二辅助圆与所述待校准仪表盘同圆心。

所述第一辅助圆的半径小于所述第二辅助圆的半径，所述第二辅助圆的半径小于所述指针长度，并且所述第一辅助圆、第二辅助圆不与所述待校准仪表盘上的丝印发生干涉。

在具体实施时，可以通过NI Vision的IMAQ Convert Annulus to ROI函数自动围绕圆心s画两个圆，分别为第一辅助圆、第二辅助圆，第一辅助圆的半径为r，第二辅助圆的半径为R，r＜R。

步骤6、获取第一辅助线段、第二辅助线段，所述第一辅助线段为所述指针与所述第一辅助圆相交而得到的第一弦，所述第二辅助线段为所述指针与所述第二辅助圆相交而得到的第二弦。

具体包括如下步骤：

步骤601、生成所述第一辅助圆、第二辅助圆感兴趣区域的图像描述符。

所述第一辅助圆、第二辅助圆感兴趣区域是指所述第一辅助圆、第二辅助圆的边缘轮廓。

在具体实施时，通过NI Vision的IMAQ Convert Annulus to ROI函数，生成所述第一辅助圆、第二辅助圆感兴趣区域的图像描述符，所述图像描述符包括所述第一辅助圆、第二辅助圆的轮廓信息，如轮廓的形状类型、轮廓的相对位置等。

步骤602、根据所述感兴趣区域的图像描述符获得所述感兴趣区域的像素坐标。

在具体实施时，通过NI Vision的IMAQ ROIProfile函数计算所述感兴趣区域的像素坐标。

步骤603、获取所述指针的两侧边缘与所述第一辅助圆的第一边缘交点、第二边缘交点，所述指针的两侧边缘与所述第二辅助圆的第三边缘交点、第四边缘交点。

如图3所示，图中a、b即为所述指针的两侧边缘与所述第一辅助圆的第一边缘交点、第二边缘交点，c、d即为所述指针的两侧边缘与所述第二辅助圆的第三边缘交点、第四边缘交点。

在具体实施时，通过NI Vision的IMAQ Edge Tool函数，沿着所述第一辅助圆、指针的感兴趣区域查找所述指针两侧边缘与内外圆轮廓交点的坐标，从而获得a、b的坐标；使用同样的方法，即可获得c、d的坐标。

步骤604、连接所述第一边缘交点、第二边缘交点得到第一弦，连接所述第三边缘交点、第四边缘交点得到第二弦。

在获得第一边缘交点a、第二边缘交点b的坐标后，将a、b连接起来就可以得到第一弦ab；使用同样的方法，即可得到第二弦cd。

步骤7、获取第一辅助坐标、第二辅助坐标，所述第一辅助坐标为所述第一弦的中点的坐标，所述第二辅助坐标为所述第二弦的中点的坐标。

如图3所示，计算第一弦ab和第二弦cd的平分线，所述平分线与所述第一弦ab的交点e的坐标即为第一辅助坐标，所述平分线与所述第二弦cd的交点的交点f的坐标即为第而辅助坐标。

在具体实施时，通过NI Vision的IMAQ Bisecting Line函数计算第一弦ab和第二弦cd的平分线，将所述第一弦ab和第二弦cd进行平分，从而输出e、f的坐标。

步骤8、获取指针实际指向和待校准点之间的角度差。

由于已经获得圆心s的坐标、第一辅助坐标(即e点的坐标)、第二辅助坐标(即f点的坐标)、待校准点J1的坐标，因此，容易获取J1、s连线与s、e或f点的夹角h，该夹角即为指针实际指向和待校准点J1之间的角度差，也即需要修正的角度。

在具体实施时，通过将圆心s的坐标、第一辅助坐标(即e点的坐标)、第二辅助坐标(即f点的坐标)、待校准点J1的坐标输入到NI Vision的IMAQ Get Angles函数，即可得到夹角h。

步骤9、根据所述角度差对待校准仪表进行校准。

具体包括如下步骤：

步骤901、将所述角度差转换为电机修正步数；

步骤902、将所述电机修正步数写入所述待校准仪表的存储器中。

将所述角度差的度数转换成仪表驱动电机的步数，如1度等于12步或者16步，然后所述步数的数据写入所述待校准仪表的存储器(例如EEPROM)中存储，即完成了整个仪表指针校准的过程。

如图4所示，本发明另一方面提供一种仪表指针自动校准装置，包括图像获取模块、图像预处理模块、模板学习模块、坐标获取模块、辅助圆绘制模块、辅助线生成模块、角度获取模块、校准模块；

所述图像获取模块、图像预处理模块、模板学习模块依次连接，所述坐标获取模块与所述模板学习模块、辅助圆绘制模块、辅助线生成模块、角度获取模块分别连接，所述辅助圆绘制模块、辅助线生成模块、角度获取模块依次连接，所述校准模块与所述角度获取模连接；

所述图像获取模块，用于获取待校准仪表盘的图像；

所述图像预处理模块，用于对采集到的待校准仪表盘的图像进行预处理；

所述模板学习模块，用于学习校准点；

所述坐标获取模块，用于获取相关坐标；

所述辅助圆绘制模块，用于根据坐标获取模块的圆心坐标绘制辅助圆；

所述辅助线生成模块，用于在所述辅助圆内生成辅助线；

所述角度获取模块，用于获取指针实际指向和待校准点之间的角度差；

所述校准模块，用于根据所述角度差对待校准仪表进行校准。

本发明的仪表指针自动校准装置的工作过程如上述仪表指针自动校准方法所述，不再赘述。

以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例，不能以此来限定本发明的权利保护范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (5)

1.一种仪表指针自动校准方法，其特征在于，包括：

S1、获取待校准仪表盘的图像并进行预处理；

S2、在处理后的待校准仪表盘的图像上任意选取至少三个共圆心的刻度作为校准点进行学习，将所述校准点的标准模板作为所述校准点的矩形模板图片；

S3、获取所述矩形模板图片的对角线交点的坐标作为校准点坐标；

S4、从所述校准点坐标中选取任意三点坐标，计算待校准仪表盘的圆心坐标；

S5、绘制第一辅助圆、第二辅助圆，所述第一辅助圆、第二辅助圆与所述待校准仪表盘同圆心；

S6、获取第一辅助线段、第二辅助线段，所述第一辅助线段为所述指针与所述第一辅助圆相交而得到的第一弦，所述第二辅助线段为所述指针与所述第二辅助圆相交而得到的第二弦；

S7、获取第一辅助坐标、第二辅助坐标，所述第一辅助坐标为所述第一弦的中点的坐标，所述第二辅助坐标为所述第二弦的中点的坐标；

S8、获取待校准点、待校准仪表盘的圆心的连线与待校准仪表盘的圆心、第一辅助坐标或第二辅助坐标点的连线之间的夹角作为指针实际指向和待校准点之间的角度差；

S9、根据所述角度差对待校准仪表进行校准。

2.根据权利要求1所述的仪表指针自动校准方法，其特征在于，步骤S6包括：

步骤601、生成所述第一辅助圆、第二辅助圆感兴趣区域的图像描述符；

步骤602、根据所述感兴趣区域的图像描述符获得所述感兴趣区域的像素坐标；

步骤603、获取所述指针的两侧边缘与所述第一辅助圆的第一边缘交点、第二边缘交点，所述指针的两侧边缘与所述第二辅助圆的第三边缘交点、第四边缘交点；

步骤604、连接所述第一边缘交点、第二边缘交点得到第一弦，连接所述第三边缘交点、第四边缘交点得到第二弦。

3.根据权利要求1所述的仪表指针自动校准方法，其特征在于，步骤S9包括：

步骤901、将所述角度差转换为电机修正步数；

步骤902、将所述电机修正步数写入所述待校准仪表的存储器中。

4.根据权利要求1~3任一项所述的仪表指针自动校准方法，其特征在于，所述第一辅助圆的半径小于所述第二辅助圆的半径，所述第二辅助圆的半径小于所述指针长度，所述第一辅助圆、第二辅助圆不与所述待校准仪表盘上的丝印发生干涉。

5.一种执行权利要求1~4任一项所述的仪表指针自动校准方法的仪表指针自动校准装置，其特征在于，包括：

图像获取模块、图像预处理模块、模板学习模块、坐标获取模块、辅助圆绘制模块、辅助线生成模块、角度获取模块、校准模块；

所述图像获取模块、图像预处理模块、模板学习模块依次连接，所述坐标获取模块与所述模板学习模块、辅助圆绘制模块、辅助线生成模块、角度获取模块分别连接，所述辅助圆绘制模块、辅助线生成模块、角度获取模块依次连接，所述校准模块与所述角度获取模连接；

所述图像获取模块，用于获取待校准仪表盘的图像；

所述图像预处理模块，用于对采集到的待校准仪表盘的图像进行预处理；

所述模板学习模块，用于学习校准点；

所述坐标获取模块，用于获取矩形模板图片的对角线交点的坐标作为校准点坐标，从所述校准点坐标中选取任意三点坐标计算待校准仪表盘的圆心坐标，获取第一弦的中点的坐标作为第一辅助坐标，获取第二弦的中点的坐标作为第二辅助坐标；

所述辅助圆绘制模块，用于根据坐标获取模块的圆心坐标绘制辅助圆；

所述辅助线生成模块，用于在所述辅助圆内生成辅助线；

所述角度获取模块，用于获取待校准点、待校准仪表盘的圆心的连线与待校准仪表盘的圆心、第一辅助坐标或第二辅助坐标点的连线之间的夹角作为指针实际指向和待校准点之间的角度差；

所述校准模块，用于根据所述角度差对待校准仪表进行校准。

Images