CN110412382B - 一种基于图像处理的s-vdu响应时间自动测量装置 - Google Patents

一种基于图像处理的s-vdu响应时间自动测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于图像处理的S‑VDU响应时间自动测量装置，该测量装置包括信号源、电信号转光信号装置、图像采集系统和上位机；所述上位机控制信号源输出测试信号，同时给到DCS和电信号转光信号装置；所述图像采集系统同时采集DCS的S‑VDU和电信号转光信号装置的图像信号，并将获取的图像信号实时传送给上位机进行分析处理。本发明实现了DCS的S‑VDU响应时间的全自动测试，提高了测试的自动化和智能化程度，能够提高测试结果的准确性和可靠性，进而提升DCS的质量和安全性。

Description

一种基于图像处理的S-VDU响应时间自动测量装置
技术领域
本发明涉及核安全级仪控技术领域，具体涉及一种基于图像处理的S-VDU响应时间自动测量装置。
背景技术
S-VDU作为核电厂安全级DCS系统的关键组成部分，起着至关重要的控制和监视作用，因而其上行和下行响应时间是一项特殊的性能指标(上行响应时间是指DCS系统采集到现场传感器信号的时间起，经逻辑运算后通过通信将反馈信号给SVDU显示的时间为止的时间差)，备受业界关注，在工厂测试(FT)阶段、工厂验收测试(FAT)阶段也需要进行重点考核验证。
S-VDU显示为图像信号，因而示波器无法直接完成采集。通常的测试方法是在S-VDU显示界面上贴光电倍增管，将图像信号转换为电信号，由示波器采集光电倍增管输出的电信号，即可实现S-VDU的响应时间测试。但是，以上测试方法还存在诸多不足，比如无法实现自动化、耗时长、数据一致性和准确性较低等缺点。因此，亟需发明一套响应时间自动测量装置，以弥补其不足。
发明内容
为了解决上述现有传统的S-VDU响应时间测试设备，操作性差，耗时长，数据误差大等技术问题。本发明提供了解决上述问题的一种基于图像处理的S-VDU响应时间自动测量装置。本发明提高了测试的自动化程度，并提高了测试结果的准确性和可靠性；本发明还能够节约人力，缩短项目开发周期，降低生产成本。
本发明通过下述技术方案实现：
一种基于图像处理的S-VDU响应时间自动测量装置，该测量装置包括信号源、电信号转光信号装置、图像采集系统和上位机；所述上位机控制信号源输出测试信号，同时给到DCS和电信号转光信号装置；所述图像采集系统同时采集DCS的S-VDU和电信号转光信号装置的图像信号，并将获取的图像信号实时传送给上位机进行分析处理。
本发明基于DCS和电信号转光信号装置的响应时间差异，以电信号转光信号装置的响应为基准，通过图像采集的方式计算得到S-VDU响应时间，实现DCS的S-VDU设备响应时间的全自动测试，提高了测试的自动化和智能化程度，同时提高了测试结果的准确性和可靠性，进而提高了DCS设备的质量和安全性。
优选的，所述信号源用于模拟现场传感器和/仪表的输出信号，所述测试信号包括模拟量信号或开关量信号。
优选的，所述上位机包括信号控制系统和图像处理系统；所述信号控制系统用于控制信号源输出测试信号；所述图像处理系统用于对图像采集系统传输过来的图像进行分析处理。
优选的，所述图像处理系统对图像进行分析处理具体为：所述图像处理系统对图像采集系统传输过来的图像进行去噪，然后提取图像的SIFT特征点，基于每帧图像的时间戳，将SIFT特征点第一次发生变化的时间记为T0，将第二次发生变化的时间记为T1，S-VDU响应时间即为T1-T0。
优选的，所述图像信号采集系统采用高速摄像机。
优选的，所述图像信号采集系统实时采集在同一时间、空间的S-VDU显示画面和电信号转光信号装置发光画面。
优选的，所述电信号转光信号装置包括模拟量信号转换模块和开关量信号转换模块。
优选的，所述模拟量信号转换模块包括电阻和发光二极管，所述电阻的一端接电源端，另一端与发光二级管正极连接，所述发光二级管负极通过DCS的模拟输入端口接地，当DCS的模拟输入端有信号输入，则线路导通，发光二级管发光。
优选的，所述开关量信号转换模块包括发光二级管和光耦合器；所述光耦合器的输入端通过分压电路与DCS的开光量输入端口连接，所述光耦合器的输出端、发光二级管和电阻依次串联在接地端和电源端，当DCS的开关量输入端有信号输入，则光耦合器导通，发光二级管发光。
优选的，该测量装置还包括输出设备，所述输出设备与上位机连接，用于对上位机分析处理后的测试结果进行输出。
本发明具有如下的优点和有益效果：
相较于现有技术，本发明提出了一种自动化测试装置，采用信号源模拟现场传感器和/或仪表的信号，同时注入到DCS和电信号转光信号装置中，再通过高速图像采集装置实时同步采集S-VDU和电信号转光信号装置的图像信号，以实现S-VDU的响应时间的全自动测试，提高了测试的自动化和智能化程度，能够提高测试结果的准确性和可靠性，进而提升DCS的质量和安全性；同时本发明还能够节约人力，缩短项目开发周期，降低生产成本。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的自动测试装置原理框图。
图2为本发明的电信号转光信号装置结构示意图。
图3为本发明的自动测试装置测试环境示意图。
图4为本发明的图像采集系统采集的图像示意图。
图5为本发明的另一实施例的自动测试装置原理框图。
具体实施方式
在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所发明的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本发明的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
在本发明的各种实施例中，表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。
在本发明的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本发明的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。
应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。
在本发明的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例1
为实现核电厂安全级DCS中的S-VDU(安全级操作显示单元)等设备的HMI(人机界面)响应时间自动化精准测试，本实施例提出了一种基于图像处理的S-VDU响应时间自动测量装置，该测量装置包括信号源、电信号转光信号装置、图像采集系统和上位机，如图1所示。所述上位机控制信号源输出测试信号，同时给到DCS和电信号转光信号装置；所述图像采集系统同时采集DCS的S-VDU和电信号转光信号装置的图像信号，并将获取的图像信号实时传送给上位机进行分析处理。
其中，所述信号源，为DCS设备注入测试信号，由上位机下达指令，操作信号源输出预设信号(即测试信号)，同时给到DCS系统和电信号转光信号装置。电信号转光信号装置将注入DCS的开关量信号或阶跃的模拟量信号转化为光信号。
本实施例中，所述图像采集系统，采用高速摄像机实现，通过串口与上位机进行数据通信，负责采集S-VDU和电信号转光信号的图像画面，并将获取的图像信号实时传送给上位机。
本实施例中，所述上位机采用高配置的PC机，装载核心处理软件，以达到控制信号源输出预设信号，以及对图像采集系统送过来的图像数据进行去噪、分析处理和时间计算。
本实施例的自动测试装置各模块具体工作原理如下：
本实施例中：
1、信号源
由高精度I/O模块及主控制器模块、通信模块组成。信号源采用标准TCP/IP协议与上位机(信号控制系统)进行通信，实现上位机控制信号源输出信号。
2、电信号转光信号装置
本实施例提出了一种电信号转光信号装置，能将注入DCS系统的开关量信号和模拟量信号转光信号，即利用开关量的状态变化和模拟量阶跃变化实现操作装置的发光源点亮和熄灭。
如图2所述，本实施例的电信号转光信号装置主要包括两部分：模拟量信号转换模块和开关量信号转换模块。其具体工作原理如下：
本实施例中，所述模拟量信号转换模块包括电阻R1和发光二极管LED1，所述电阻R1的一端接电源端VCC，另一端与发光二级管LED1正极连接，所述发光二级管LED1负极通过DCS的模拟输入端口AI接地。当DCS的模拟输入端有信号输入，则由电阻R1、发光二级LED1和DCS模拟量输入端AI构成的线路导通，发光二级管点亮发光；当DCS的模拟输入端无信号输入，则上述线路断开，发光二极管熄灭。
本实施例中，所述开关量信号转换模块包括发光二级管LED2和光耦合器；所述光耦合器的输入端通过分压电路(由两个电阻R3和R4串联而成)与DCS的开光量输入端口DI连接，所述光耦合器的输出端、发光二级管LED2和电阻R5依次串联在接地端和电源端VCC，当DCS的开关量输入端DI有信号输入，则电阻4存在压降，光耦合器的发光二极管点亮，光耦合器的三极管导通，使得由电阻R5、发光二级管LED2和光耦合器的输出端构成的线路导通，发光二级管LED2点亮发光；当DCS的开关量DI无信号输入时，光耦合器未导通，则发光二级管LED2熄灭。
3、图像采集系统
图像采集系统，实时采集在同一时间、空间的S-VDU显示画面和电信号转光信号装置发光画面。且所述图像采集系统通过串口通信软件与上位机实现实时传输。
选择时间分辨率、图像分辨率恰当的高速摄像机作为图像采集系统的核心，以便降低后端图像处理系统压力。即时间分辨率可以满足相应时间标准要求，图像分辨率可满足后端图像处理要求。
4、上位机
所述上位机系统主要分为两部分，即信号控制系统和图像处理系统。
信号控制系统，作为信号源的控制端，控制信号源输出既定的信号(即测试信号)。
图像处理系统为该上位机的核心系统，对图像采集系统传输过来的图像进行去噪处理，接着提取图像的SIFT(尺寸不变特征转换)特征点，基于每帧图像的时间戳，将SIFT特征点第一次发生变化的时间的记为T0，将第二次发生变化的时间记为T1，S-VDU响应时间即为T1-T0。最后通过测试系统操作界面显示出响应时间的计算结果，以实现S-VDU响应时间的自动化测试。
本实施例提出的自动测试装置，其中，电信号转光信号装置将需要监视的信号有电特性转换为光特性，且兼容模拟量信号和开关量信号；图像处理系统根据图像特征点获取数据分析，并自动识别测试信号的起点和终点；且图像处理系统可根据识别后的图像提取时间信息，并自动计算响应时间。本实施例中将控制系统和图像处理系统集成为一体，可实现控制信号下发，接收信号处理，形成闭环，实现测试的全自动化。
实施例2
基于上述实施例1，本实施例还提出了一种基于图像处理的S-VDU响应时间自动测量装置，该测量装置包括信号源、电信号转光信号装置、图像采集系统、上位机和输出模块，如图3所示。所述上位机控制信号源输出测试信号，同时给到DCS和电信号转光信号装置；所述图像采集系统同时采集DCS的S-VDU和电信号转光信号装置的图像信号，并将获取的图像信号实时传送给上位机进行分析处理，所述上位机分析处理的结果经输出模块输出。
本实施例中的输出设备采用打印机。即信号源为DCS设备注入测试信号，由信号控制系统下达指令，操作信号源输出预设信号，同时给到DCS系统和电信号转光信号装置。电信号转光信号装置将注入DCS的开关量信号或阶跃的模拟量信号转化为光信号。图像采集系统，采用高速摄像机实现，通过串口与图像处理系统进行数据通信，负责采集S-VDU和电信号转光信号的图像画面，并将获取的图像信号实时传送给信号控制及图像处理系统。信号控制及图像采集系统，采用高配置的PC机，装载核心处理软件，以达到控制信号源输出预设信号，以及对图像采集系统送过来的图像数据进行去噪、分析处理和时间计算，生成的测试报告经打印机进行打印输出。
实施例3
本实施例采用上述实施例提出的基于图像处理的S-VDU响应时间自动测量装置，实现核电厂安全级DCS在FT阶段、FAT阶段以及现场联调阶段均需要对S-VDU、PAMS等控制和监视设备进行响应时间测试。
本实施例以S-VDU上行响应时间测试为例，响应时间自动测量装置的信号源模拟现场传感器或(和)仪表，为DCS注入输入信号。DCS系统经逻辑运算后控制S-VDU输出监视报警信号等，需要通过自动测量装置测试其注入DCS信号开始直至S-VDU画面响应的时间，即为S-VDU上行响应时间，具体测试环境示意图如图4所示。
以开关量上行时间测试为例。经分析，从时间上选取固定的一段，即在触发信号注入前5ms开始摄像，至获取到SVDU界面响后5ms结束。可得到如图5所示的图像集。
由图4可知：图A为信号注入前，电信号转光信号装置未点亮。图A和图B之间的图像与图A相同，图B为信号注入后电信号转光信号装置点亮且SVDU未响应(SVDU的响应时间为ms级，而电信号转光信号装置响应时间为fs/ns级)的第一帧图像，图B和图C之间的图像与图B相同。图C为SVDU响应后的第一帧图像。图B的第一帧时间记T0，图C的第一帧时间记T1。SVDU的响应时间为T1-T0。
本实施例通过上述测试装置实现了核安全级DCS的S-VDU响应时间的全自动测试，提高了测试的自动化和智能化程度，并提高了测试结果的准确性和可靠性，进而提高DCS产品的质量和安全性。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于图像处理的S-VDU响应时间自动测量装置，其特征在于，该测量装置包括信号源、电信号转光信号装置、图像采集系统和上位机；所述上位机控制信号源输出测试信号，同时给到DCS和电信号转光信号装置；所述图像采集系统同时采集DCS的S-VDU和电信号转光信号装置的图像信号，并将获取的图像信号实时传送给上位机进行分析处理；
所述电信号转光信号装置包括模拟量信号转换模块和开关量信号转换模块；
所述模拟量信号转换模块包括电阻和发光二极管，所述电阻的一端接电源端，另一端与发光二极管正极连接，所述发光二极管负极通过DCS的模拟输入端口接地，当DCS的模拟输入端有信号输入，则线路导通，发光二极管发光。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述信号源用于模拟现场传感器和/仪表的输出信号，所述测试信号包括模拟量信号或开关量信号。
3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述上位机包括信号控制系统和图像处理系统；所述信号控制系统用于控制信号源输出测试信号；所述图像处理系统用于对图像采集系统传输过来的图像进行分析处理。
4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述图像处理系统对图像进行分析处理具体为：所述图像处理系统对图像采集系统传输过来的图像进行去噪，然后提取图像的SIFT特征点，基于每帧图像的时间戳，将SIFT特征点第一次发生变化的时间记为T0，将第二次发生变化的时间记为T1，S-VDU响应时间即为T1-T0。
5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述图像信号采集系统采用高速摄像机。
6.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述图像信号采集系统实时采集在同一时间、空间的S-VDU显示画面和电信号转光信号装置发光画面。
7.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述开关量信号转换模块包括发光二极管和光耦合器；所述光耦合器的输入端通过分压电路与DCS的开光量输入端口连接，所述光耦合器的输出端、发光二极管和电阻依次串联在接地端和电源端，当DCS的开光亮输入端有信号输入，则光耦合器导通，发光二极管发光。
8.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，该测量装置还包括输出设备，所述输出设备与上位机连接，用于对上位机分析处理后的测试结果进行输出。
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