CN110716530A - 一种dcs响应时间测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种DCS响应时间测试装置及方法，该装置DCS信号输入设备、被测试设备、信号采集设备、控制设备以及画面数据采集设备；DCS信号输入设备分别输入测试信号至被测试设备和信号采集设备；被测试设备接收测试信号，并显示实时DCS画面；信号采集设备采集所述DCS信号输入设备输出的测试信号，并传输给控制设备；在控制设备控制下，画面数据采集设备采集被测试设备显示的实时DCS画面数据；控制设备接收信号采集设备采集的测试信号以及画面数据采集设备采集的DCS画面数据，分别测定DCS信号输入设备输入测试信号的时间和DCS画面切换完成时间，并计算DCS画面切换时间。

Description

一种DCS响应时间测试装置及方法

技术领域

本发明涉及火力发电技术领域，具体涉及一种分散控制系统中对系统显示画面实时响应时间的精确测试装置及方法。

背景技术

根据《DL/T 659-2016火力发电厂分散控制系统在线验收测试规程》的要求，从操作站按下鼠标开始到整个画面完全切换完成结束，对一般画面切换时间要小于1秒，复杂画面切换时间要小于2秒。现有的DCS系统中画面响应时间测试方法为：人工拿着秒表测量，靠肉眼观察确定开始和画面切换结束时间，误差非常大，人为因素影响较大，基本无法测得精确切换时间。

DCS系统中画面响应时间测试是开始和结束两个时间的测定上，现有的方法是利用高速录波仪和光电二极管对准画面的一个很小的区域，利用光线的变化来获取画面切换完成的时间，利用光电装置改造的鼠标把鼠标电压信号转化成开关量信号接入录波仪，然后根据录取的波形来计算出切换时间。

发明人在研发过程中发现，虽然，上述方案有效的解决了鼠标按键信号获取的问题，但是在判断画面切换结束时间上存在较大弊端，一个是利用光电原理测试画面对周围环境光源要求较高，为了获得较大的光亮变化，往往在两幅DCS画面上人为加入全黑和全白矩形框，这在投运的DCS中是不被允许的，而且在画面的切换的过程中画面的亮度也是会变化的，亮度变化并不能表示画面完全切换完成。另外高速录波仪体积较大，造价昂贵，不利于现随身携带，普及推广。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种分散控制系统中对系统显示画面实时响应时间的精确测试装置及方法。

本发明一方面提供的一种DCS响应时间测试装置的技术方案是：

一种DCS响应时间测试装置，该装置包括：DCS信号输入设备、被测试设备、信号采集设备、控制设备以及画面数据采集设备；

所述DCS信号输入设备分别输入测试信号至被测试设备和信号采集设备；所述被测试设备接收测试信号，并显示实时DCS画面；所述信号采集设备采集所述DCS信号输入设备输出的测试信号，并传输给控制设备；在控制设备控制下，所述画面数据采集设备采集被测试设备显示的实时DCS画面数据；所述控制设备接收信号采集设备采集的测试信号以及画面数据采集设备采集的DCS画面数据，分别测定DCS信号输入设备输入测试信号的时间和DCS画面切换完成时间，并计算DCS画面切换时间。

本发明另一方面提供的一种DCS响应时间测试方法的技术方案是：

一种DCS响应时间测试方法，该方法包括以下步骤：

待测试前，接收画面数据采集设备采集的被测试设备显示的目标画面，将其作为匹配模板画面；

测试时，接收信号采集设备采集的测试信号，测定DCS信号输入设备输入测试信号的时刻；并接收画面数据采集设备采集的实时DCS画面数据，对实时DCS画面数据进行预处理，将预处理后的DCS画面与目标画面进行模板匹配，测定DCS画面切换完成的时刻；

根据DCS信号输入设备输入测试信号的时间与DCS画面切换完成的时间，计算二者的时间间隔，得到DCS画面切换时间。

通过上述技术方案，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过改进型的鼠标与arduino板的连接大大简化了装置结构，克服了利用光电电路和录波器检测鼠标按键装置的复杂性，提高了整体装置的可靠性和便携性；

(2)本发明采用的是归一化相关匹配法，将实时DCS画面图像与模板图像采用乘法操作，匹配结果越接近1说明匹配的越完美，实际测试显示采用0.95的阈值来判断画面切换完成，效果良好；

(3)本实施例通过预先对图像进行灰度化、高斯模糊及边缘检测等一系列算法处理，将图像抽象为只含画面中区块边缘的黑白线条图，完全消除了光线的干扰，只与区块的形状有关系，然后在用实时画面图像和目标画面图像做模板匹配，结果大于设定阈值表明画面切换完成，从而得到画面切换时间，提高了画面响应时间测定的准确性。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本发明的不当限定。

图1是实施例一DCS响应时间测试装置的结构图；

图2是实施例一鼠标按键按下时刻的检测流程图；

图3是实施例一DCS画面切换完成时刻的检测流程图；

图4是实施例一DCS响应时间测试方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

名词解释：

(1)Arduino，是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，构建于开放原始码simple I/O介面版，并且具有使用类似Java、C语言的Processing/Wiring开发环境。主要包含两个的部分：硬件部分是可以用来做电路连接的Arduino电路板；另外一个则是软件部分Arduino IDE，计算机中的程序开发环境。

(2)OpenCV是一个基于BSD许可(开源)发行的跨平台计算机视觉库，可以运行在Linux、Windows、Android和Mac OS操作系统上。它轻量级而且高效——由一系列C函数和少量C++类构成，同时提供了Python、Ruby、MATLAB等语言的接口，实现了图像处理和计算机视觉方面的很多通用算法。

实施例一

图1是本实施例涉及的DCS响应时间测试装置的结构图。如图1所示，所述DCS响应时间测试装置包括DCS信号输入设备4、与DCS信号输入设备连接的被测试设备5、与DCS信号输入设备连接的信号采集设备3、与信号采集设备连接的控制设备1、与控制设备连接的画面数据采集设备2。

所述DCS信号输入设备4，用于分别输出测试信号至被测试设备5和信号采集设备3。

所述被测试设备5，用于显示接收到的测试信号的实时DCS画面。

所述信号采集设备3，用于采集所述DCS信号输入设备输出的测试信号，并传输给控制设备。

所述画面数据采集设备2，用于在控制设备控制下，采集被测试设备显示的测试信号的DCS画面数据。

所述控制设备1，用于接收信号采集设备3采集的测试信号以及画面数据采集设备采集的DCS画面数据，并分别进行处理，得到DCS画面切换时间。

具体地，所述控制设备1的具体实现过程为：

待测试前，接收画面数据采集设备2采集被测试设备5显示的目标画面，将其作为匹配模板对象；

测试时，接收信号采集设备3采集的测试信号，检测DCS信号输入设备输入测试信号的时刻；接收画面数据采集设备采集的DCS画面数据，测定DCS画面切换完成的时刻；根据DCS信号输入设备输入测试信号的时刻与DCS画面切换完成的时刻，计算DCS画面相应的时间间隔，即DCS画面切换时间。

请参阅附图2，所述DCS信号输入设备输入测试信号的时刻的检测方法为：

信号采集设备获取DCS信号输入设备输出的电压信号0-5V，将0-5V电压信号转换成0-1024的整形量，输出“md”字符串至控制设备；

控制设备接收到“md”字符串后，记录下DCS信号输入设备输入测试信号的时间戳。

请参阅附图3，所述DCS画面切换完成时刻的检测方法为：

获取画面数据采集设备的摄像头实时采集的每一帧DCS画面数据，并对图像进行预处理，包括图像灰度化、高斯模糊和边缘检测；

将处理后的DCS画面与目标画面进行模板匹配，当匹配结果大于设定的阈值0.95时，则表明DCS画面切换完成，记录DCS画面切换完成的时间戳；

基于DCS信号输入设备输入测试信号的时间与DCS画面切换完成的时间，计算二者的时间间隔，得到DCS画面切换时间。

其中，所述图像灰度化的处理方法为：

将BGR格式的彩色DCS画面，转换为RGB格式的彩色DCS画面，对其进行灰度化处理。

灰度化处理公式为：

Gray＝x*R+y*G+z*B

式中，Gray是当前像素点的灰度值，x,y,z是系数，R、G、B分别表示当前像素点的红色、绿色、蓝色通道，其一般形式为：

Gray＝0.299*R+0.587*G+0.114*B。

所述高斯模糊的方法为：将DCS画面图像的矩阵同高斯函数做卷积。

本实施例通过高斯模糊能够将图像的高频成分滤掉，使图像显得平滑，也就是对图像进行降噪处理。

图像边缘检测需满足两个条件：一能有效抑制噪声；二尽量精确确定边缘位置。根据对信噪比与定位乘积进行测度，得到最优化逼近算子，这就是Canny算子。

所述边缘检测的方法为：利用canny算子进行边缘检测，先平滑后求导数。

其具体实现过程为：

(1)去噪；

(2)用一阶偏导的有限差分来计算梯度的幅值和方向；

(3)对梯度幅值进行非极大值抑制；

(4)用双阈值算法检测和连接边缘(经初步测试选用3和8)。

所述模板匹配方法为：

模板匹配函数一共提供了六种匹配算法，分别是平方差匹配，归一化平方差匹配，相关匹配，归一化相关匹配，系数匹配法，归一化系数匹配法。

本实施例采用的是归一化相关匹配法，将实时DCS画面图像与模板图像采用乘法操作，匹配结果越接近1说明匹配的越完美，实际测试显示采用0.95的阈值来判断画面切换完成，效果良好。

本实施例利用图像处理库opencv对检测到的每一帧DCS画面数据进行处理，来检测画面切换完成的时间，为了克服传统方法中受外界光线变化影响和画面刷新不完全的影响，通过分析DCS画面包含的诸多要素，来进行图像的检测和切换时间测定。

本实施例通过预先对图像进行灰度化、高斯模糊及边缘检测等一系列算法处理，将图像抽象为只含画面中区块边缘的黑白线条图，完全消除了光线的干扰，只与区块的形状有关系，然后在用实时画面图像和目标画面图像做模板匹配，结果大于0.95表明画面切换完成，从而得到画面切换时间。

在本实施例中，所述DCS信号输入设备4采用改进型鼠标，所述鼠标的usb接口连接被测试设备5，所述鼠标的微动开关2个触点连接信号采集设备3的模拟量输入引脚1和GND引脚。

所述被测试设备5为DCS操作站主机的显示器。

所述信号采集设备3采用Arduino电路板，负责采集鼠标按键输入的信号，并向上位机传递所采集到的信号。

如图2所示，所述鼠标微动开关的2个触点连接arduino板的模拟量输入引脚，当鼠标按键未能按下时，微动开关的2个触点间电压为5v；当鼠标按键按下时2个触点间电压为0v，arduino板的模拟量输入引脚接收所述鼠标微动开关的2个触点间的电压信号，并将0-5V电压信号转换成0-1024的整形量，可以判断出鼠标按键按下的时刻，当鼠标按键被按下时，arduino板通过串口向控制设备发出“md”字符串，表明按键已经按下，控制设备通过监听串口接收到“md”字符，立刻记录下鼠标点击的时间戳。

本实施例通过改进型的鼠标与arduino板的连接大大简化了装置结构，克服了利用光电电路和录波器检测鼠标按键装置的复杂性，提高了整体装置的可靠性和便携性。

所述控制设备可采用笔记本电脑，实现对DCS响应时间测试。

所述画面数据采集设备2采用摄像头，负责采集被测试设备5显示的画面数据。

本实施例提出的DCS响应时间测试装置，结构简单，便于携带，先检测鼠标按键按下时刻，再检测DCS画面切换完全完成的时刻，从而计算DCS画面切换时间，测试准确性高。

实施例二

本实施例涉及一种DCS响应时间测试方法，该方法是基于如上所述的DCS响应时间测试装置实现的。

图4是本实施例涉及的DCS响应时间测试方法的流程图。如图4所示，所述DCS响应时间测试方法包括以下步骤：

S101，待测试前，接收画面数据采集设备采集的被测试设备显示的目标画面，将其作为匹配模板画面；

S102，测试时，接收信号采集设备采集的测试信号，检测DCS信号输入设备输入测试信号的时刻；

S103，接收画面数据采集设备采集的实时DCS画面数据，对实时DCS画面数据进行预处理，将预处理后的DCS画面与目标画面进行模板匹配，测定DCS画面切换完成的时刻；

S104，根据DCS信号输入设备输入测试信号的时刻与DCS画面切换完成的时刻，计算DCS画面响应的时间间隔，即DCS画面切换时间。

请参阅附图2，所述DCS信号输入设备输入待测试信号的时刻的检测方法为：

信号采集设备获取信号采集设备输出的电压信号0-5V，将0-5V电压信号转换成0-1024的整形量，输出“md”字符串至控制设备；

控制设备接收到“md”字符串后，记录下DCS信号输入设备输入测试信号的时间戳。

请参阅附图3，所述DCS画面切换完成时刻的检测方法为：

获取画面数据采集设备的摄像头实时采集的每一帧DCS画面数据，并对图像进行预处理，包括图像灰度化、高斯模糊和边缘检测；

将处理后的DCS画面与目标画面进行模板匹配，当匹配结果大于设定的阈值0.95时，则表明DCS画面切换完成，记录DCS画面切换完成的时间戳；

基于DCS信号输入设备输入测试信号的时间与DCS画面切换完成的时间，计算二者的时间间隔，得到DCS画面切换时间。

其中，所述图像灰度化的处理方法为：

将BGR格式的彩色DCS画面，转换为RGB格式的彩色DCS画面，对其进行灰度化处理。

灰度化处理公式为：

Gray＝x*R+y*G+z*B

式中，Gray是当前像素点的灰度值，x,y,z是系数，R、G、B分别表示当前像素点的红色、绿色、蓝色通道，其一般形式为：

Gray＝0.299*R+0.587*G+0.114*B。

所述高斯模糊的方法为：将DCS画面图像的矩阵同高斯函数做卷积。

本实施例通过高斯模糊能够将图像的高频成分滤掉，使图像显得平滑，也就是对图像进行降噪处理。

图像边缘检测需满足两个条件：一能有效抑制噪声；二尽量精确确定边缘位置。根据对信噪比与定位乘积进行测度，得到最优化逼近算子，这就是Canny算子。

所述边缘检测的方法为：利用canny算子进行边缘检测，先平滑后求导数。

其具体实现过程为：

(1)去噪；

(2)用一阶偏导的有限差分来计算梯度的幅值和方向；

(3)对梯度幅值进行非极大值抑制；

(4)用双阈值算法检测和连接边缘(经初步测试选用3和8)。

所述模板匹配方法为：

模板匹配函数一共提供了六种匹配算法，分别是平方差匹配，归一化平方差匹配，相关匹配，归一化相关匹配，系数匹配法，归一化系数匹配法。

本实施例采用的是归一化相关匹配法，将实时DCS画面图像与模板图像采用乘法操作，匹配结果越接近1说明匹配的越完美，实际测试显示采用0.95的阈值来判断画面切换完成，效果良好。

本实施例利用图像处理库opencv对检测到的每一帧DCS画面数据进行处理，来检测画面切换完成的时间，为了克服传统方法中受外界光线变化影响和画面刷新不完全的影响，通过分析DCS画面包含的诸多要素，来进行图像的检测和切换时间测定。

本实施例通过预先对图像进行灰度化、高斯模糊及边缘检测等一系列算法处理，将图像抽象为只含画面中区块边缘的黑白线条图，完全消除了光线的干扰，只与区块的形状有关系，然后在用实时画面图像和目标画面图像做模板匹配，结果大于0.95表明画面切换完成，从而得到画面切换时间，实现对画面切换时间的准确测试。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种DCS响应时间测试装置，其特征是，包括：DCS信号输入设备、被测试设备、信号采集设备、控制设备以及画面数据采集设备；

所述DCS信号输入设备分别输入测试信号至被测试设备和信号采集设备；所述被测试设备接收测试信号，并显示实时DCS画面；所述信号采集设备采集所述DCS信号输入设备输出的测试信号，并传输给控制设备；在控制设备控制下，所述画面数据采集设备采集被测试设备显示的实时DCS画面数据；所述控制设备接收信号采集设备采集的测试信号以及画面数据采集设备采集的DCS画面数据，分别测定DCS信号输入设备输入测试信号的时间和DCS画面切换完成时间，并计算DCS画面切换时间。

2.根据权利要求1所述的DCS响应时间测试装置，其特征是，所述DCS信号输入设备包括改进型鼠标，所述鼠标的usb接口连接被测试设备，所述鼠标的微动开关的2个触点连接信号采集设备。

3.根据权利要求1所述的DCS响应时间测试装置，其特征是，所述被测试设备为显示器；所述信号采集设备采用Arduino电路板。

4.根据权利要求1所述的DCS响应时间测试装置，其特征是，所述画面数据采集设备包括摄像头。

5.根据权利要求1所述的DCS响应时间测试装置，其特征是，所述控制设备包括：

输入时间确定模块，用于接收信号采集设备采集的测试信号，测定DCS信号输入设备输入测试信号的时间；

结束时间确定模块，用于待测试前，接收画面数据采集设备采集被测试设备显示的目标画面；测试时，接收画面数据采集设备采集的实时DCS画面数据，并对其进行处理，测定DCS画面切换完成的时间；

切换时间计算模块，用于根据DCS信号输入设备输入测试信号的时间与DCS画面切换完成的时间，计算DCS画面切换时间。

6.根据权利要求5所述的DCS响应时间测试装置，其特征是，所述DCS信号输入设备输入测试信号的时间的测定方法为：

信号采集设备获取信号采集设备输出的电压信号，将电压信号转换成整形量，输出字符串至控制设备的输入时间确定模块；

控制设备的输入时间确定模块接收到字符串后，记录下DCS信号输入设备输入测试信号的时间戳。

7.根据权利要求5所述的DCS响应时间测试装置，其特征是，所述DCS画面切换完成时间的测定方法为：

获取画面数据采集设备实时采集的每一帧DCS画面数据，并对图像进行预处理，包括图像灰度化、高斯模糊和边缘检测；

将处理后的DCS画面与目标画面进行模板匹配，当匹配结果大于设定的阈值时，则表明DCS画面切换完成，记录DCS画面切换完成的时间戳。

8.一种DCS响应时间测试方法，该方法是基于权利要求1至7中任一项所述的DCS响应时间测试装置实现的，其特征是，该方法包括以下步骤：

待测试前，接收画面数据采集设备采集的被测试设备显示的目标画面，将其作为匹配模板画面；

测试时，接收信号采集设备采集的测试信号，测定DCS信号输入设备输入测试信号的时刻；并接收画面数据采集设备采集的实时DCS画面数据，对实时DCS画面数据进行预处理，将预处理后的DCS画面与目标画面进行模板匹配，测定DCS画面切换完成的时刻；

根据DCS信号输入设备输入测试信号的时间与DCS画面切换完成的时间，计算二者的时间间隔，得到DCS画面切换时间。

9.根据权利要求8所述的DCS响应时间测试方法，其特征是，所述DCS信号输入设备输入测试信号的时间的测定方法为：

获取信号采集设备输出的电压信号，将电压信号转换成整形量，并生成相应的输出字符串，记录DCS信号输入设备输入测试信号的时间戳。

10.根据权利要求8所述的DCS响应时间测试方法，其特征是，所述DCS画面切换完成时间的测定方法为：

获取画面数据采集设备实时采集的每一帧DCS画面数据，并对图像进行预处理，包括图像灰度化、高斯模糊和边缘检测；

将处理后的DCS画面与目标画面进行模板匹配，当匹配结果大于设定的阈值时，则表明DCS画面切换完成，记录DCS画面切换完成的时间戳。

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