CN109945955A - 一种水表视觉在线检测方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水表视觉在线检测方法及其系统，方法为获取在线梅花针图像并在在线梅花针图像中设定采样区域，根据在线梅花针图像在采样区域的像素值总和X的变化计算梅花针的转动圈数m，将转动圈数m与标准值进行对比。系统包括摄像元件、图像处理模块和运算模块。为解决现有的测量方法对焦不易，准确度、可靠性和稳定性低的问题。本发明的检测方法及系统具有安装和使用方便，检测精度高、可靠性和稳定性高的优点。

Description

一种水表视觉在线检测方法及其系统

技术领域

本发明涉及仪表检测技术领域，具体涉及一种水表视觉在线检测方法及其系统。

背景技术

在水表的生产过程中，需要对水表进行检测校验，其中包含了对水表计数的精准度的检测。在对水表计数精准度的检测过程中，需要对水表进行读数。水表的梅花针是水表的始动元件，检测梅花针的转动圈数来获取水表的读数可以达到较高检测精度。现有技术中通过光电脉冲法检测梅花针转动的圈数。光电脉冲法的主要手段为在梅花针上设置反射标记，并在对应的位置设置一个光敏三极管。将光源照射在梅花针上，梅花针在转动的过程中会持续将光源的光线反射至光敏三极管处，光敏三极管接收光线产生一系列的脉冲电流信号，对脉冲电流信号进行放大、转换即可读出梅花针的相关运动状况。光电脉冲法在实际使用的过程中存在着以下的缺陷：其一，光源、梅花针与光敏三极管之间的对焦不易，在安装过程中需要花费较多的时间进行对焦；其二，光线在传输的过程中容易受到水表表面的气泡、水雾等的影响，影响检测结果的准确度、可靠性和稳定性。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明目的之一在于提供一种水表视觉在线检测方法，目的之二在于提供一种水表视觉在线检测系统。本发明的检测方法及系统具有安装和使用方便，检测精度高、可靠性和稳定性高的优点。

本发明所述的一种水表视觉在线检测方法为：获取在线梅花针图像并在在线梅花针图像中设定采样区域，根据在线梅花针图像在采样区域的像素值总和X的变化计算梅花针的转动圈数m，将转动圈数m与标准值进行对比。

优选地，上述的水表视觉在线检测方法具体包括以下步骤：

S0、初始化步骤：令前一时刻状态prestate＝0，当前时刻状态curstate＝0，累计次数n＝0，设定第一阈值Δ1和第二阈值Δ2，其中第一阈值Δ1小于第二阈值Δ2；

S1、获取一帧在线梅花针图像；

S2、在在线梅花针图像中设定y个采样区域；

S3、对在线梅花针图像进行二值化处理；

S4、计算采样区域中的像素值总和X；

S5、根据采样区域中的像素值总和X与第一阈值Δ1、第二阈值Δ2的大小关系使当前时刻状态curstate＝0或当前时刻状态curstate＝1；

S6、判断前一时刻状态prestate的值与当前时刻状态curstate的值是否相等；

如果前一时刻状态prestate的值不等于当前时刻状态curstate的值，令累计次数n自加y，然后令前一时刻状态prestate的值等于当前时刻状态curstate的值，如果检测过程未结束循环，则获取下一帧在线梅花针图像，并跳转至步骤S3；如果检测过程结束循环，则令累计次数n除以采样区域的个数y，得到梅花针转过的齿数a，并跳转至步骤S7；

如果前一时刻状态prestate的值等于当前时刻状态curstate的值且检测过程未结束循环，则获取下一帧在线梅花针图像，并跳转至步骤S3；如果检测过程结束循环，则令累计次数n除以采样区域的个数y，得到梅花针转过的齿数a，并跳转至步骤S7；

S7、根据梅花针转过的齿数a计算梅花针的转动圈数m；

S8、将转动圈数m与标准值进行对比。

优选地，其中步骤S5的判断流程为：

如果采样区域中的像素值总和X小于第一阈值Δ1，令当前时刻状态curstate＝0；

如果采样区域中的像素值总和X大于第二阈值Δ2，令当前时刻状态curstate＝1；

如果采样区域中的像素值总和X位于[Δ1，Δ2]的区间内时，该帧的在线梅花针图像不做判断，丢弃。

优选地，其中的步骤S0还包括以下步骤：

S00、获取静态梅花针图像；

S01、将静态梅花针图像转换为静态边缘模板；

S02、根据梅花针的尺寸参数确定采样区域的大小和位置，并在静态边缘模板上设定采样区域；

其中的步骤S2包括：

S21、将在线梅花针图像与静态边缘模板相匹配，生成在线梅花针图像与静态边缘模板的仿射变换矩阵；

S22、将静态边缘模板变换到在线梅花针图像中，从而将采样区域设定在在线梅花针图像中。

优选地，步骤S2中在在线梅花针图像中设定两个相对的采样区域，即y＝2。

优选地，步骤S3中采用阈值分割法对在线梅花针图像进行二值化处理,并采用数学形态学闭操作填充空洞。

一种水表视觉在线检测系统，包括摄像元件、图像处理模块和运算模块，所述的摄像元件的信号输出端连接图像处理模块的信号输入端，所述的图像处理模块的信号输出端连接运算模块的信号输入端，所述的运算模块的信号输出端输出运算结果；

所述的摄像元件用于获取在线梅花针图像和静态梅花针图像，并将在线梅花针图像和静态梅花针图像发送至图像处理模块中；

所述的图像处理模块将静态梅花针图像转换为静态边缘模板，根据梅花针的尺寸参数确定采样区域的大小和位置，并在静态边缘模板上设定采样区域；所述的图像处理模块在在线梅花针图像中设定采样区域，然后进行二值化处理；

所述的运算模块计算在线梅花针图像在采样区域的像素值总和X，并根据在线梅花针图像在采样区域的像素值总和X的变化计算梅花针的转动圈数m，将转动圈数m与标准值进行对比。

本发明所述的一种水表视觉在线检测方法及其系统，其优点在于：

通过设置采样区域，根据在线梅花针图像在采样区域的像素值总和X的变化计算梅花针的转动圈数m。当梅花针转动时，梅花针的齿和齿间会交替出现在采样区域，这会引起采样区域内像素值总和X的不断变化。通过计算采样区域内的像素值总和X的变化次数来计算梅花针的转动圈数m，然后将转动圈数m与标准值进行对比，能检测出水表计数的准确度，实现水表在线检测。由于无需通过光线的反射进行脉冲计数，解决了光电脉冲法测量时对焦不便的问题，具有安装和使用方便的优点。

本发明由于无需进行光电感应产生脉冲，解决了水表表面的气泡、水雾影响测量结果的问题，使本发明具有更高的准确度、可靠性和稳定性。

像素值总和X的变化所反映的是经过采样区域的齿数，即梅花针转过的齿数，在已知梅花针自身的齿数的前提下，能够计算出梅花针的转动圈数。使得本发明具有广泛的适用性，能适用于不同齿数的梅花针。

附图说明

图1是本发明所述一种水表视觉在线检测方法的步骤流程图；

图2是梅花针转过的齿数a的计算流程图；

图3是本发明所述的静态梅花针图像；

图4是本发明所述的静态边缘模板；

图5是将静态边缘模板与在线梅花针图像结合后的图像之一；

图6是将静态边缘模板与在线梅花针图像结合后的图像之二；

图7是将静态边缘模板与在线梅花针图像结合后的图像之三。

附图标记说明：X-像素值总和，Δ1-第一阈值，Δ2-第二阈值，curstate-当前时刻状态，prestate-前一时刻状态，n-累计次数，a-梅花针转过的齿数，b-静态梅花针图像，c-静态边缘模板，d-采样区域，e-在线梅花针图像，m-转动圈数，y-采样区域的个数。

具体实施方式

下面以梅花针水表为例，详细地阐述本发明。

本发明的具体步骤如图1所示，首先通过摄像元件获取检测工位的水表内的梅花针的静态梅花针图像b，如图3所示。摄像元件可以选用高速摄像机。在获取梅花针的静态梅花针图像b后将该图像转化为静态边缘模板c，并在静态边缘模板上根据梅花针的尺寸参数设置采样区域d，当采样区域d位于梅花针的齿上时，其图像如图4所示。上述的步骤均通过图像处理模块完成。然后开始在线检测过程，首先令前一时刻状态prestate＝0,当前时刻状态curstate＝0,累计次数n＝0，设定第一阈值Δ1和第二阈值Δ2。

然后通过高速摄像机获取检测水表的在线梅花针图像，将在线梅花针图像发送至图像处理模块中。图像处理模块调用如图4所示的设有采样区域的静态边缘模板，将在线梅花针图像与静态边缘模板匹配，得到两者的仿射变换矩阵。然后将静态边缘模板变换到在线梅花针图像上，如图5-图7所示，从而在在线梅花针图像上设定与静态边缘模板相同的采样区域。在采样区域设定完成后，需要计算采样区域内的像素值总和X。在此之前，还需要对在线梅花针图像做相关处理，包括采用阈值分割法对在线梅花针图像进行二值化，然后采用数学形态学闭操作填充空洞，上述过程均在图像处理模块中完成。在完成上述步骤后，图像处理模块将处理后的在线梅花针图像发送至运算模块中，运算模块计算采样区域中的像素值总和X。

在得到像素值总和X的计算结果后，将像素值总和X与第一阈值Δ1、第二阈值Δ2进行对比，根据对比结果为当前时刻状态curstate赋值。其判断流程如图2所示：

如果采样区域中的像素值总和X小于第一阈值Δ1，表示采样区域被梅花针覆盖，如图6所示，令当前时刻状态curstate＝0；

如果采样区域中的像素值总和X大于第二阈值Δ2，表示采样区域位于梅花针的齿间间隔处，如图7所示，令当前时刻状态curstate＝1；

如果采样区域中的像素值总和X位于[Δ1，Δ2]的区间内时，如图5所示，该帧的在线梅花针图像不做判断，丢弃。

然后进行前一时刻状态prestate与当前时刻状态curstate的对比，其判断流程如下：

如果前一时刻状态prestate的值不等于当前时刻状态curstate的值，令累计次数n自加y，然后令前一时刻状态prestate的值等于当前时刻状态curstate的值，如果检测过程未结束循环，则获取下一帧在线梅花针图像，并跳转至步骤S3；如果检测过程结束循环，则令累计次数n除以采样区域的个数y，得到梅花针转过的齿数a，并跳转至步骤S7；

如果前一时刻状态prestate的值等于当前时刻状态curstate的值且检测过程未结束循环，则获取下一帧在线梅花针图像，并跳转至步骤S3；如果检测过程结束循环，则令累计次数n除以采样区域的个数y，得到梅花针转过的齿数a，并跳转至步骤S7。

在上述的判断过程中，当前一时刻状态prestate的值不等于当前时刻状态curstate的值时，说明相邻两帧的在线梅花针图像在采样区域中的像素值总和X发生了大于(Δ2-Δ1)数值的变化，即采样区域处转过了梅花针的一个齿，梅花针从齿覆盖采样区域变化为齿间位于采样区域，或相反。此时令累计次数n自加y。然后判断检测过程是否结束，如果检测过程结束，则令累计次数n除以采样区域的个数y。y为自然数，本实施例中，y＝2，因此让n/2，得到梅花针转过的齿数a。该参数表示在单个采样区域内梅花针转过的齿数总数，然后将梅花针转过的齿数a除以梅花针自身的齿数，即可得到梅花针的转动圈数m。如本实施例中，梅花针自身的齿数为10，则m＝a/10。该种计算方式使本发明不受检测对象的齿数限制，能检测各种齿数的梅花针，具有广泛的适用性。如果检测过程未结束，则继续获取下一帧的在线梅花针图像，并重复上述步骤，直至检测过程结束。在计算出转动圈数m后，将其与标准值进行对比，就能获得水表计数的准确度的检测结果。标准值应当与测量值处于同一环境且使用相同的运转时间。通过设置两个采样区域，增加了检测时获取的参数，提高了检测的精确度。

实现上述方法的一种水表视觉在线检测系统，具体如下所述，包括高速摄像机、图像处理模块和运算模块，高速摄像机设置在检测工位的上方，图像处理模块和运算模块可以设置在计算机内。使高速摄像机的信号输出端连接图像处理模块的信号输入端，图像处理模块的信号输出端连接运算模块的信号输入端，运算模块的信号输出端输出运算结果；运算模块的信号输出端可以与显示器信号连接，将运算结果输出至显示器上。

高速摄像机用于获取在线梅花针图像和静态梅花针图像，并将在线梅花针图像和静态梅花针图像发送至图像处理模块中；

图像处理模块将静态梅花针图像转换为静态边缘模板，根据梅花针的尺寸参数确定采样区域的大小和位置，并在静态边缘模板上设定采样区域；所述的图像处理模块在在线梅花针图像中设定采样区域，然后进行二值化处理，并填充空洞；

运算模块计算在线梅花针图像在采样区域的像素值总和X，并根据在线梅花针图像在采样区域的像素值总和X的变化计算梅花针的转动圈数m，将转动圈数m与标准值进行对比。

通过设置采样区域，根据在线梅花针图像在采样区域的像素值总和X的变化计算梅花针的转动圈数m。当梅花针转动时，梅花针的齿和齿间会交替出现在采样区域，这会引起采样区域内像素值总和X的不断变化。通过计算采样区域内的像素值总和X的变化次数来计算梅花针的转动圈数m，然后将转动圈数m与标准值进行对比，能检测出水表计数的准确度，实现水表在线检测。由于无需通过光线的反射进行脉冲计数，解决了光电脉冲法测量时对焦不便的问题，具有安装和使用方便的优点。

本发明由于无需进行光电感应产生脉冲，解决了水表表面的气泡、水雾影响测量结果的问题，使本发明具有更高的准确度、可靠性和稳定性。

像素值总和X的变化所反映的是经过采样区域的齿数，即梅花针转过的齿数，在已知梅花针自身的齿数的前提下，能够计算出梅花针的转动圈数。使得本发明具有广泛的适用性，能适用于不同齿数的梅花针。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种水表视觉在线检测方法，其特征在于，获取在线梅花针图像并在在线梅花针图像中设定采样区域，根据在线梅花针图像在采样区域的像素值总和X的变化计算梅花针的转动圈数m，将转动圈数m与标准值进行对比。

2.根据权利要求1所述一种水表视觉在线检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S0、初始化步骤：令前一时刻状态prestate＝0，当前时刻状态curstate＝0，累计次数n＝0，设定第一阈值Δ1和第二阈值Δ2，其中第一阈值Δ1小于第二阈值Δ2；

S1、获取一帧在线梅花针图像；

S2、在在线梅花针图像中设定y个采样区域；

S3、对在线梅花针图像进行二值化处理；

S4、计算采样区域中的像素值总和X；

S5、根据采样区域中的像素值总和X与第一阈值Δ1、第二阈值Δ2的大小关系使当前时刻状态curstate＝0或当前时刻状态curstate＝1；

S6、判断前一时刻状态prestate的值与当前时刻状态curstate的值是否相等；

如果前一时刻状态prestate的值不等于当前时刻状态curstate的值，令累计次数n自加y，然后令前一时刻状态prestate的值等于当前时刻状态curstate的值，如果检测过程未结束循环，则获取下一帧在线梅花针图像，并跳转至步骤S3；如果检测过程结束循环，则令累计次数n除以采样区域的个数y，得到梅花针转过的齿数a，并跳转至步骤S7；

如果前一时刻状态prestate的值等于当前时刻状态curstate的值且检测过程未结束循环，则获取下一帧在线梅花针图像，并跳转至步骤S3；如果检测过程结束循环，则令累计次数n除以采样区域的个数y，得到梅花针转过的齿数a，并跳转至步骤S7；

S7、根据梅花针转过的齿数a计算梅花针的转动圈数m；

S8、将转动圈数m与标准值进行对比。

3.根据权利要求2所述一种水表视觉在线检测方法，其特征在于，步骤S5的判断流程为：

如果采样区域中的像素值总和X小于第一阈值Δ1，令当前时刻状态curstate＝0；

如果采样区域中的像素值总和X大于第二阈值Δ2，令当前时刻状态curstate＝1；

如果采样区域中的像素值总和X位于[Δ1，Δ2]的区间内时，该帧的在线梅花针图像不做判断，丢弃。

4.根据权利要求2所述一种水表视觉在线检测方法，其特征在于，所述的步骤S0还包括以下步骤：

S00、获取静态梅花针图像；

S01、将静态梅花针图像转换为静态边缘模板；

S02、根据梅花针的尺寸参数确定采样区域的大小和位置，并在静态边缘模板上设定采样区域；

所述的步骤S2包括：

S21、将在线梅花针图像与静态边缘模板相匹配，生成在线梅花针图像与静态边缘模板的仿射变换矩阵；

S22、将静态边缘模板变换到在线梅花针图像中，从而将采样区域设定在在线梅花针图像中。

5.根据权利要求2所述一种水表视觉在线检测方法，其特征在于，步骤S2中在在线梅花针图像中设定两个相对的采样区域,即y＝2。

6.根据权利要求2所述一种水表视觉在线检测方法，其特征在于，步骤S3中采用阈值分割法对在线梅花针图像进行二值化处理,并采用数学形态学闭操作填充空洞。

7.一种水表视觉在线检测系统，其特征在于，包括摄像元件、图像处理模块和运算模块，所述的摄像元件的信号输出端连接图像处理模块的信号输入端，所述的图像处理模块的信号输出端连接运算模块的信号输入端，所述的运算模块的信号输出端输出运算结果；

所述的摄像元件用于获取在线梅花针图像和静态梅花针图像，并将在线梅花针图像和静态梅花针图像发送至图像处理模块中；

所述的图像处理模块将静态梅花针图像转换为静态边缘模板，根据梅花针的尺寸参数确定采样区域的大小和位置，并在静态边缘模板上设定采样区域；所述的图像处理模块在在线梅花针图像中设定采样区域，然后进行二值化处理；

所述的运算模块计算在线梅花针图像在采样区域的像素值总和X，并根据在线梅花针图像在采样区域的像素值总和X的变化计算梅花针的转动圈数m，将转动圈数m与标准值进行对比。