CN110245647B - 一种玻璃液体温度计自动定位与读数的方法 - Google Patents

一种玻璃液体温度计自动定位与读数的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种玻璃液体温度计自动定位与读数的方法。电机输出轴朝下并和温度计顶端同轴连接，第二运动控制模块输出端上安装有相机，相机位于温度计侧方；温度计放置于液体槽中，相机朝向温度计进行拍摄采集获得温度计的液面图像，提取刻度线像素区域，进而控制电机旋转使得温度计带刻度线的表面正对相机；提取液柱像素区域，进而控制第一运动控制模块使得温度计的液柱上端位于图像的中部范围内；图像相减，提取获得刻度线旁的数字像素区域，像素点投影获得相对位置，并结合数字获得温度计的读数。本发明使自动检定装置完成了类似眼手合作的运动，帮助检定人员去寻找液柱的工作，节省人力，提高了自动化程度和效率，提高了识别的准确度。

Description

一种玻璃液体温度计自动定位与读数的方法
技术领域
本发明属于玻璃液体温度计检定领域，具体涉及了一种玻璃液体温度计自动定位与读数的方法。
背景技术
现阶段，在对玻璃液体温度计进行检定多由各地的计量部门进行检定，也有很多研究部门对自动检定方面进行研究，提出很多识别方法和设计出相应的装置。但是在寻找液柱读数点方面还需要人工去操作，这也造成了很多玻璃温度计检定装置在实际应用中不广泛的现象。而且温度计厂商众多，有的刻度字体并不相同这也给自动检定工作带来了困难。
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种玻璃液体温度计自动检定中，利用机器视觉和图像处理的方法去寻找温度计的液柱端点和使温度计能够正对着相机便于下一步检定，另外提供一种基于深度学习的多源字体识别的算法解决字体不同而系统无法识别等问题。
本发明采用的技术方案如下：
(1)温度计放置于液体槽中，温度计侧方设有相机，相机朝向温度计进行拍摄采集获得温度计的液面图像，进行边缘提取获得作为原始图像；
(2)然后进行图像处理识别获得温度计的刻度线像素区域，实时计算经过提取到的每帧图像的刻度线像素区域中的像素点总和，实时判断该像素点总和是否达到刻度线总和阈值：
若像素点总和刚达到刻度线总和阈值，则控制电机立刻停止旋转，使得温度计带刻度线的表面正对相机；
(3)第一运动控制模块运行带动温度计向上运动，并进行图像处理识别获得温度计的液柱像素区域，实时计算经过提取到的每帧图像的上半部分中液柱像素区域的像素点总和，实时判断该像素点总和是否达到液柱参考阈值：若像素点总和刚达到液柱参考阈值，则控制第一运动控制模块立刻停止运行，使得温度计的液柱上端位于图像的中部范围内；
(4)将步骤(2)获得的温度计的刻度线像素区域的图像和步骤(3)获得的温度计的液柱像素区域的图像和原始图像相减，在利用连通域查找的方法提取获得刻度线旁的数字像素区域，将数字像素区域采用卷积神经网络深度学习进行识别获得其中的数字；
(5)将步骤(2)获得的温度计的刻度线像素区域和步骤(3)获得的温度计的液柱像素区域进行像素点投影，获得刻度线和液柱的相对位置，并结合步骤(4)识别的数字进行结合获得准确的温度计的读数，具体为：根据数字像素区域左上角的像素点，向下寻找最近的较长刻度线作为数字对应显示的刻度线，较长刻度线为像素点数量超过刻度线分类阈值的刻度线；并且，统计每一行的刻度线像素区域中的像素点数量和寻找每一行的液柱像素区域中的像素点数量，并且寻找从上到下的各行的液柱像素区域的像素点数量突变行位置，将突变行位置和刻度线像素区域中各行的像素点数量进行比对，获得准确液柱上端点对应到的两条刻度线之间的位置，同时根据较长刻度线的位置定位确定两条刻度线的刻度值，进而确定液柱上端点对应的显示读数，作为温度计的读数。
所述步骤(2)中，对采集的图像进行水平方向(刻度线方向)的图像开操作提取温度计的刻度线像素区域。
所述步骤(1)中，对采集的图像进行水平方向(液柱方向)的图像开操作提取温度计的液柱像素区域。
所述的温度计为棒状水银温度计。
所述步骤(2)中，首先对图像进行预处理经过滤波和二值化后，然后选取腐蚀膨胀的算子进行处理得到所要的刻度线像素区域。
所述步骤(3)中对图像进行液柱位置的图像开操作提取液柱，首先在相机视野上半部分图像中没有出现液柱信息，此时第一运动控制模块1会控制温度计3向上移动，直至图像上半部分像素点总和到达预先设定的液柱参考阈值。
所述步骤(5)中，通过采集几种温度计上的刻度值生成训练集采用深度学习的方法进行训练，并将已经定位后采集的图像将数字单独提取通过训练的结果进行识别，卷积神经网络深度学习是通过采取不同温度计上的数值图像生成的，对数字的识别率高达99％，能够实现众多厂商的不同温度计的检定。
所述步骤(6)中，刻度线和液柱的像素点分别进行水平投影获取刻度线投影的峰值位置和液柱的端点位置信息，通过计算两者的相对位置进行刻度值计算。
本发明的有益效果如下：
本发明使自动检定装置完成了类似眼手合作的运动，帮助检定人员去寻找液柱的工作，节省人力，同时可以让装置更加完善，为今后真正的无人化打下基础。
本发明分别对刻度线方向和液柱方向选取参数进行图像的开操作，并通过设置阈值的方法和运动控制系统合作使温度计刻度线正面和液柱基本位于图像中间，省去了人为去寻找读数位置的步骤，提高了自动化程度和效率，提高了识别的准确度，可以实现不同厂家的温度计检定。
附图说明
图1为检定系统示意图；
图2为对图像进行预处理后的图像；
图3刻度值识别图；
图4为对刻度线和液柱进行投影图；
图4(a)为对刻度线的投影结果图；
图4(b)为对液柱的投影结果图；
图5为检定结果图。
图中：1第一运动控制模块；2电机；3温度计；4第二运动控制模块；5相机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便清晰的理解本发明。需要指出的是，这里只指出本发明的主要内容，一些已知的功能和详细描述在这里将忽略。
具体实施中，如图1所示，系统包括第一运动控制模块1、电机2、温度计3、第二运动控制模块4和相机5；第一运动控制模块1和第二运动控制模块4固定布置，第一运动控制模块1输出端为一个水平支臂，水平支臂末端安装有电机2，电机2输出轴朝下并和温度计3顶端同轴连接，第二运动控制模块4输出端上安装有相机5，相机5位于温度计3侧方。
第一运动控制模块1运行带动水平支臂及其上的电机2和温度计3整体上下运动，第二运动控制模块4运行带动相机5上下运动，电机2运行带动温度计3绕自身中心轴线旋转。
具体实施中，温度计3为棒状水银温度计，电机2经温度计夹取装置夹住温度计3的顶端。
本发明方法的具体实施例及其实施过程如下：
(1)温度计3为棒状水银温度计，温度计3放置于液体槽中，温度计3侧方设有相机5，相机5朝向温度计3进行拍摄采集获得温度计3的液面图像，进行边缘提取获得作为原始图像，如图2(a)所示；
具体实施中相机5拍摄采集的图像中包含的温度计3所占据了1/3的温度计3完整长度。
图像中，温度计3的轴线沿图像的竖直方向，刻度线沿图像的水平方向。
(2)然后对采集的图像进行水平方向(刻度线方向)的图像开操作提取温度计3的刻度线像素区域，如图2(c)所示，实时计算经过提取到的每帧图像的刻度线像素区域中的像素点总和，实时判断该像素点总和是否达到刻度线总和阈值：
若像素点总和刚达到刻度线总和阈值，则控制电机2立刻停止旋转，使得温度计3带刻度线的表面正对相机2，通过所计算每帧图像的像素点总和是否达到预先设定的刻度线总和阈值来判断温度计3的刻度线是否旋转到相机2的正前方范围内；
具体实施中，步骤(2)中，对采集的图像进行水平方向(刻度线方向)的图像开操作提取温度计3的刻度线像素区域。
(3)单独提取图像的液柱如图2(b)所示。在温度计3带刻度线的表面正对相机2后，第一运动控制模块1运行带动温度计3向上运动，并对采集的图像进行竖直方向(液柱方向)的图像开操作提取温度计3的液柱像素区域，实时计算经过提取到的每帧图像的上半部分中液柱像素区域的像素点总和，实时判断该像素点总和是否达到液柱参考阈值：
若像素点总和刚达到液柱参考阈值，则控制第一运动控制模块1立刻停止运行，使得温度计3的液柱上端基本位于图像的中部范围内，通过所计算每帧图像的像素点总和是否达到预先设定的液柱参考阈值来判断温度计3的液柱上端是否移动到位于图像的中部范围内；
具体实施中，步骤(3)中，对采集的图像进行水平方向(液柱方向)的图像开操作提取温度计3的液柱像素区域。
(4)将步骤(2)获得的温度计3的刻度线像素区域的图像和步骤(3)获得的温度计3的液柱像素区域的图像和原始图像相减，在利用连通域查找的方法提取获得刻度线旁的数字像素区域，如图2(d)所示，将数字像素区域采用卷积神经网络深度学习进行识别获得其中的数字，如图3所示；
(5)将步骤(2)获得的温度计3的刻度线像素区域和步骤(3)获得的温度计3的液柱像素区域进行像素点投影，获得刻度线和液柱的相对位置并结合步骤(4)识别的数字进行结合获得准确的温度计的读数，如图4所示，具体为：
根据数字像素区域左上角的像素点，向下寻找最近的较长刻度线作为数字对应显示的刻度线，较长刻度线为像素点数量超过刻度线分类阈值的刻度线；并且，统计每一行的刻度线像素区域中的像素点数量和寻找每一行的液柱像素区域中的像素点数量，并且寻找从上到下的各行的液柱像素区域的像素点数量突变行位置，将突变行位置和刻度线像素区域中各行的像素点数量进行比对，获得准确液柱上端点对应到的两条刻度线之间的位置，同时根据较长刻度线的位置定位确定两条刻度线的刻度值，进而根据突变行位置到两条刻度线的位置距离关系确定液柱上端点对应的显示读数，作为温度计的读数，如图5所示。
具体实施中，第一运动控制模块1和第二运动控制模块4采用步进电机与丝杆配合的方式，步进电机带动丝杆的运动从而带动固定在丝杆上的夹取装置和相机运动。
本发明实施在实际运行进行200组实验，其中199组均能准确对读数点进行定位和识别，理论上准确率可以达到99.5％。

Claims (4)

1.一种玻璃液体温度计自动定位与读数的方法，其特征在于：
(1)温度计放置于液体槽中，温度计侧方设有相机，相机朝向温度计进行拍摄采集获得温度计的液面图像，进行边缘提取获得原始图像；
(2)进行图像处理识别获得温度计的刻度线像素区域，实时计算提取到的每帧图像的刻度线像素区域中的像素点总和，实时判断该像素点总和是否达到刻度线总和阈值，
若像素点总和刚达到刻度线总和阈值，则控制电机立刻停止旋转，使得温度计带刻度线的表面正对相机；
(3)第一运动控制模块运行带动温度计向上运动，并进行图像处理识别获得温度计的液柱像素区域，实时计算提取到的每帧图像的上半部分中液柱像素区域的像素点总和，实时判断该像素点总和是否达到液柱参考阈值，若像素点总和刚达到液柱参考阈值，则控制第一运动控制模块立刻停止运行，使得温度计的液柱上端位于图像的中部范围内；
(4)将步骤(2)获得的温度计的刻度线像素区域的图像和步骤(3)获得的温度计的液柱像素区域的图像和原始图像相减，利用连通域查找的方法提取获得刻度线旁的数字像素区域，将数字像素区域采用卷积神经网络深度学习进行识别获得其中的数字；
(5)将步骤(2)获得的温度计的刻度线像素区域和步骤(3)获得的温度计的液柱像素区域进行像素点投影，获得刻度线和液柱的相对位置，并结合步骤(4)识别的数字获得准确的温度计的读数，具体为：
根据数字像素区域左上角的像素点，向下寻找最近的较长刻度线作为数字对应显示的刻度线，较长刻度线为像素点数量超过刻度线分类阈值的刻度线；统计每一行的刻度线像素区域中的像素点数量和每一行的液柱像素区域中的像素点数量，寻找从上到下的各行的液柱像素区域的像素点数量突变行位置，将突变行位置和刻度线像素区域中各行的像素点数量进行比对，获得准确液柱上端点对应的两条刻度线之间的位置，同时根据较长刻度线的位置定位确定两条刻度线的刻度值，进而确定液柱上端点对应的显示读数，作为温度计的读数；
步骤(5)中，刻度线和液柱的像素点分别进行水平投影获取刻度线投影的峰值位置和液柱的端点位置信息，通过计算两者的相对位置进行刻度值计算。
2.根据权利要求1所述的一种玻璃液体温度计自动定位与读数的方法，其特征在于：步骤(2)中，对采集的图像进行刻度线方向的图像开操作提取温度计的刻度线像素区域。
3.根据权利要求1所述的一种玻璃液体温度计自动定位与读数的方法，其特征在于：步骤(3)中，对采集的图像进行液柱方向的图像开操作提取温度计的液柱像素区域。
4.根据权利要求1所述的一种玻璃液体温度计自动定位与读数的方法，其特征在于：所述的温度计为棒状水银温度计。
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