CN112051003B - 液压表自动产品检测装置、检测方法及读取方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压表自动产品检测装置、检测方法及读取方法，所述液压表自动产品检测装置包括：自动充压泵，用于为待测液压表充压；基准液压表，用于在自动充压泵为待测液压表充压的过程中，获取自动充压泵压力值的基准读数；图像采集部件，用于采集所述基准液压表及待测液压表的图像信息；工控机，用于根据各所述图像信息确定待测液压表的运行情况。本发明通过基准液压表获取自动充压泵压力值的基准读数，调整自动充压泵的充压情况，通过图像采集部件分别采集基准液压表及待测液压表的图像信息，并通过工控机根据各所述图像信息进行对比，排除干扰，可准确确定待测液压表的运行情况，提高检测精度，并可自动完成液压表产品检测工作。

Description

液压表自动产品检测装置、检测方法及读取方法

技术领域

本发明涉及仪表检测及图像处理技术领域，特别涉及一种液压表自动产品检测装置、检测方法及读取方法。

背景技术

压力表是指以弹性元件为敏感元件，测量并指示高于环境压力的仪表，由于机械式压力表的弹性敏感元件具有很高的机械强度以及生产方便等特性，机械式压力表具有广泛的应用。指针式液压表是压力表的一个重要种类，在工业流程和科研领域，尤其在工业过程控制与技术测量过程中，应用极为普遍。

在感应到压力时，指针式液压表的指针绕表盘中心转动，盘面上注有刻度显示压力值。盘面外装有玻璃面板，盘面与玻璃面板之间的腔体填充有液体。为了准确测量，液压表在销售前一定要进行出厂检验；另外经过一段时间的使用后，液压表机芯可能出现一些变形和磨损，液压表可能会出现误差；根据压力表使用规定，压力表需要定期检定，检定周期一般不超过半年。

目前对液压表的产品检测是人工进行的，需要工作人员手动打压、人工读数、手动记录、人工分析合格/瑕疵产品，手动打压耗费体力，人工读数/记录工作简单重复，枯燥无味，亟需一种自动产品检测装置。自动产品检测装置需要自动准确读取表盘指针示数，但是目前的难点在于图像检测存在多种环境干扰，包括液压表尺寸多样，盘面元素有不同颜色，盘面有文字/字母等干扰，盘面腔体内流动液体干扰，盘面刻度线密度不一，刻度线细长易漏检等，从而造成液压表产品检测的自动化程度不足、检测精度低、自动读取表盘示数困难的问题。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，即为了提高在检测液压表产品的自动化程度及检测精度，本发明提供了一种液压表自动产品检测装置、检测方法及读取方法。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下方案：

一种液压表自动产品检测装置，所述液压表自动产品检测装置包括：

自动充压泵，与待测液压表连接，用于为所述待测液压表充压；

基准液压表，与自动充压泵连接，用于在所述自动充压泵为所述待测液压表充压的过程中，获取自动充压泵压力值的基准读数；

图像采集部件，对应所述基准液压表及待测液压表设置，用于采集所述基准液压表及待测液压表的图像信息；

工控机，与图像采集部件连接，用于根据各所述图像信息确定待测液压表的运行情况。

可选地，所述液压表自动产品检测装置还包括：

产品检测工作台，所述产品检测工作台上放置有所述待测液压表、基准液压表、图像采集部件及自动充压泵。

可选地，所述图像采集部件包括：

相机，与所述工控机连接，且与所述基准液压表及待测液压表的盘面平行设置，用于采集基准液压表及待测液压表的图像信息，且成像平面竖直，并将图像信息发送至所述工控机；

基座，设置在所述相机的上下两侧，且在竖直方向上倾斜设定角度；

补光灯，设置在所述基座中。

可选地，所述设定角度为10°。

可选地，所述液压表自动产品检测装置还包括：

操作控制器，分别与所述自动充压泵、图像采集部件及工控机连接，用于分别控制所述自动充压泵、图像采集部件及工控机工作的启停。

为解决上述技术问题，本发明还提供了如下方案：

一种上述液压表自动产品检测装置的检测方法，所述检测方法包括：

根据基准液压表的示数，通过自动充压泵对待测液压表充压；

通过图像采集部件采集基准液压表及待测液压表的图像信息；

通过工控机对所述图像信息确定待液压表的运行情况。

为解决上述技术问题，本发明还提供了如下方案：

一种基于上述液压表自动产品检测装置的表盘指针示数读取方法，所述读取方法包括：

根据图像采集部件采集的图像信息，确定仪表盘面元素的仪表参数，所述仪表参数包括表盘刻度区覆盖角Φ、刻度间隔角φ、表盘满量程读数Γ，其中Φ≈φ*N，N为表盘刻度区间数目；

执行以下步骤，且在执行以下任意步骤失败时，由工控机判定待测液压表的运行异常：

根据所述图像信息的灰度图像，确定表盘中心及表盘半径；

根据所述表盘中心及表盘半径，确定表盘刻度区的覆盖角范围；

根据所述图像信息的二值化图像中、盘中心及表盘半径，确定指针朝向；

根据表盘刻度区的覆盖角范围、指针朝向及仪表参数，确定表盘指针读数。

可选地，所述根据所述图像信息的灰度图像，确定表盘中心及表盘半径，具体包括：

对所述图像信息的灰度图像进行二值化处理，得到第一二值化图像；

根据所述第一二值化图像，得到轮廓集合；

对所述轮廓集合中的元素聚类，得到表盘中心的粗定位center′(x,y)和半径radius，其中，(x，y)表示坐标；

确定所述所述图像信息的灰度图像的梯度图；

对所述梯度图进行二值化处理，得到第二二值化图像；

以粗定位center′(x,y)为中心，设定长度为边长或直径，确定局部第二二值化图像；

以圆卷积核卷积局部第二二值化图像，确定响应值最大的像素位置为表盘中心的精确定位center(x,y)。

可选地，所述根据所述表盘中心及表盘半径，确定表盘刻度区的覆盖角范围，具体包括：

根据所述表盘中心及表盘半径，将所述图像信息的灰度图像转换为极坐标图像；

采用边缘提取结合邻域灰度差的方法对极坐标图像二值化，得到第三二值化图像；

从所述第三二值化图像中提取候选刻度线集合；

对所述候选刻度线集合中的刻度线聚类，计算每个聚类的覆盖角度；

根据各覆盖角度，确定刻度区的覆盖角范围。

可选地，所述根据表盘刻度区的覆盖角范围、指针朝向及仪表参数，确定表盘指针读数，具体包括：

根据以下公式，计算指针朝向与刻度区起始角的距离与刻度区覆盖角的比例：

其中，angle_poiter表示指针朝向，scale_start表示刻度区起始角，scale_cover表示刻度区覆盖角；

将所述比例乘以仪表参数中的刻度量程，得到表盘指针读数。

根据本发明的实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明通过基准液压表与自动充压泵连接，在所述自动充压泵为所述待测液压表充压的过程中，获取自动充压泵压力值的基准读数，调整自动充压泵的充压情况，通过图像采集部件分别采集基准液压表及待测液压表的图像信息，并通过工控机根据各所述图像信息进行对比，排除干扰，可准确确定待测液压表的运行情况，提高检测精度，并可自动完成液压表产品检测工作。

附图说明

图1是本发明液压表自动产品检测装置的立体结构示意图；

图2是本发明液压表自动产品检测装置的主视图；

图3是液压表盘面元素特征示意图；

图4是本发明液压表自动产品检测方法的流程图；

图5是本发明表盘指针示数读取方法的流程图；

图6是局部第二二值化图像确定示意图；

图7是卷积核结构示意图；

图8是极坐标转换示意图；

图9是极坐标二值化图；

图10是矩形候选刻度区集合示意图；

图11是极坐标图。

符号说明：

1—产品检测工作台，2—图像采集部件，21—相机，22—补光灯，3—自动充压泵，4—工控机，5—显示屏，6—液压连接部件，61—液压油管，62—高压接头，7—基准液压表，8—待测液压表，9—数据连接部件，91—网口，92—串口，93—电源线，10—操作控制器。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

本发明的目的是提供一种液压表自动产品检测装置，通过基准液压表与自动充压泵连接，在所述自动充压泵为所述待测液压表充压的过程中，获取自动充压泵压力值的基准读数，调整自动充压泵的充压情况，通过图像采集部件分别采集基准液压表及待测液压表的图像信息，并通过工控机根据各所述图像信息进行对比，排除干扰，可准确确定待测液压表的运行情况，提高检测精度，并可自动完成液压表产品检测工作。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1及图2所示，本发明液压表自动产品检测装置包括自动充压泵3、基准液压表7、图像采集部件7及工控机4。

其中，所述自动充压泵3与待测液压表8连接，所述自动充压泵3用于为所述待测液压表8充压；

所述基准液压表7与自动充压泵3连接，所述基准液压表7用于在所述自动充压泵3为所述待测液压表8充压的过程中，获取自动充压泵3压力值的基准读数；

所述图像采集部件2对应所述基准液压表7及待测液压表8设置，所述图像采集部件2用于采集所述基准液压表7及待测液压表8的图像信息；

所述工控机4与图像采集部件2连接，所述工控机4用于根据各所述图像信息确定待测液压表的运行情况。

优选地，本发明液压表自动产品检测装置还包括：操作控制器10，分别与所述自动充压泵3、图像采集部件2及工控机4连接，用于分别控制所述自动充压泵3、图像采集部件2及工控机4工作的启停。

其中，所述操作控制器10包括有充压按钮、图像检测按钮、泄压按钮；持续按动充压按钮，自动充压泵3压力增大；按动图像检测按钮，工控机4完成一次图像检测工作；持续按动泄压按钮，自动充压泵3压力减小。

其中，持续按动操作控制器的充压按钮，所述自动充压泵3内压力持续增大，液压表指针数值增大，停止按动充压按钮则充压停止；持续按动操作控制器的泄压按钮，自动充压泵3内压力持续减小，停止按动泄压按钮则泄压停止；在自动充压泵3内压力为零时，持续按动充压按钮N秒，泵内压力值达到最大值，在液压表产品检测时，可以分几次持续按动充压按钮，测试待测液压表在不同量程阶段的准确性。

自动充压泵3自身具有充压/泄压保护，当泵内压力达到最大时，再按动充压按钮泵内压力也不会再增大，泄压亦然；泵内压力可以通过基准液压表读数获知。

进一步地，本发明液压表自动产品检测装置还包括：液压连接部件6；其中，所述液压连接部件6包括液压油管61和高压接头62，所述液压油管61和高压接头62用于连接自动充压泵3与基准液压表7和各待测液压表8，各路油管采用相同配置，保证充压泵输出到各液压表的压力值相同。高压接头为螺纹接头，有不同尺寸对应不同型号的液压表。

优选地，本发明发明液压表自动产品检测装置还包括：数据连接部件9；其中，所述数据连接部件9包括网口91和串口92，在工作人员按动操作控制器10的图像检测按钮后，串口92将控制信号传输给工控机4，工控机4执行图像检测工作，对网口91传输的采集图像进行处理。

此外，本发明液压表自动产品检测装置还包括产品检测工作台1，所述产品检测工作台1上放置有所述待测液压表8、基准液压表7、图像采集部件2及自动充压泵3。

具体地，所述产品检测工作台1整体呈立方体结构，上部主要放置有图像采集部件2、基准液压表7、待测液压表8、液压表接头62，下部主要放置有自动充压泵3；工作台侧面有电源线、数据线、控制线伸出，电源线用于给图像采集部件2、自动充压泵3供电，数据线用于通知工控机4开始数据处理，并将图像采集部件2采集的图像数据传输给工控机4，控制线连接操作控制器10，通过产品检测工作台1采集图像、对自动充压泵3充压/泄压工作。

优选地，所述图像采集部件2包括相机21、基座及补光灯22。其中，所述相机21与所述工控机4连接，且所述相机21与所述基准液压表7及待测液压表8的盘面平行设置；所述相机21用于采集基准液压表及待测液压表的图像信息，且成像平面竖直，并将图像信息发送至所述工控机。

所述基座设置在所述相机的上下两侧，且在竖直方向上倾斜设定角度。在本实施例中，所述设定角度为10°。

所述补光灯22采用均质条状光源，成对对称设置在所述基座中。

所述工控机4在处理图像采集部件2采集的图像的过程中，自动读取液压表指针读数，进行数据处理、分析和记录；将待测液压表的读数与基准液压表读数进行比对，对超出读数误差范围的数据进行标记、警报和记录，现场工作人员可根据工控机给出的处理结果进行瑕疵产品分拣等后续工作。

优选地，本发明液压表自动产品检测装置还包括：显示屏5，用于显示工控机中运行的液压表自动产品检测上位机软件，可以显示图像处理的结果、设置必要的参数、查看数据分析结果等。

本发明液压表自动产品检测装置适用的液压表盘面关键元素包括：指针、刻度；刻度区覆盖角小于360°，刻度线与盘面中心等距、基本均匀散布，盘面轮廓为圆形(如图3所示)。

将数据连接线正确连接到工控机后，将基准液压表和待检液压表正确旋接到高压接头上，启动本发明液压表自动产品检测的上位机。

如图4所示，本发明还提供一种液压表自动产品检测方法，可提高对液压表提高检测精度。

具体地，本发明液压表自动产品检测方法包括：

步骤100：根据基准液压表的示数，通过自动充压泵对待测液压表充压。

由现场工作人员按动操作控制器的充压按钮，根据基准液压表的示数，按动合适的时长停止。

步骤200：通过图像采集部件采集基准液压表及待测液压表的图像信息。

由现场工作人员按动操作控制器的图像处理按钮，将图像数据和开始图像处理的控制信号传输给工控机。

步骤300：通过工控机对所述图像信息确定待液压表的运行情况。

其中，工控机接收到控制信号，对采集的图像进行处处理，得到仪表指针读数(基准液压表及待测液压表的指针读数)，将基准液压表及待测液压表的指针读数进行比对，对数据处理结果进行显示、记录，对超出误差阈值范围内的数据发出警报，现场工作人员可根据工控机给出的处理结果进行瑕疵产品分拣等后续工作。

对待检测液压表重复进行上述步骤100-步骤300，由现场工作人员分几次持续按动充压按钮，对待检测液压表不同量程段的读数准确度进行检测。完成一批次待检测液压表检测后，由现场工作人员持续按动泄压按钮对自动充压泵泄压，旋接新的待检测液压表开始新一轮产品检测。在使用本发明液压表自动产品检测装置检测液压表产品时，工作人员只需将液压表旋接到高压接头上，根据操作步骤按动几次按钮，即可完成产品检测工作，操作简单，结果清晰，将工作人员从手动充压、人工读表、手动记录的重复劳作中解放出来。

进一步地，本发明还提供一种基于上述液压表自动产品检测装置的表盘指针示数读取方法。

如图5所示，本发明表盘指针示数读取方法包括：

步骤S1：根据图像采集部件采集的图像信息，确定仪表盘面元素的仪表参数。所述仪表参数包括表盘刻度区覆盖角Φ、刻度间隔角φ、表盘满量程读数Γ，其中Φ≈φ*N，N为表盘刻度区间数目。

如图3所示，Φ＝270，N＝50，φ＝5，Γ＝100。此处需要说明的是，本发明的目的是对仪表进行检验，将待检测液压表与基准液压表的读数进行比对，不需要读数绝对正确，只需仪表采用相同的基准参数即可，如图3中有两条刻度量程，这里取刻度稀疏的内量程参数，且参数大致精确即可，故对参数取整。

在执行完步骤S1后，执行以下步骤，且在执行以下任意步骤失败时，由工控机判定待测液压表的运行异常(导致异常的可能原因有：a、设备硬件连接异常；b、相机对应视野中未安装仪表；c、补光灯工作异常；d、仪表参数设置不正确。在设备工作异常时，工作人员可根据可能的原因对异常进行排查)：

步骤S2：根据所述图像信息的灰度图像，确定表盘中心及表盘半径。

步骤S3：根据所述表盘中心及表盘半径，确定表盘刻度区的覆盖角范围。

步骤S4：根据所述图像信息的二值化图像中、盘中心及表盘半径，确定指针朝向。

步骤S5：根据表盘刻度区的覆盖角范围、指针朝向及仪表参数，确定表盘指针读数。

其中，在步骤S2中，所述根据所述图像信息的灰度图像，确定表盘中心及表盘半径，具体包括：

步骤S21：对所述图像信息的灰度图像进行二值化处理，得到第一二值化图像。

所述图像信息的灰度图像进行二值化的方法为包括：采用大津法得到灰度二值化阈值；遍历灰度图像，将像素灰度值小于该阈值的标记为白色，大于该阈值的标记为黑色，得到第一二值化图像imgGrayBW。

步骤S22：根据所述第一二值化图像，得到轮廓集合。

具体地，使用通用圆检测算法(在本实施例中，采用霍夫圆检测算法)检测仪表轮廓，得到轮廓集合Cir＝{cir₁,cir₂,…,cir_n}，cir_i＝{p_i(x,y),R}，p_i(x,y)为第i个圆cir_i的圆心图像坐标，R_i为第i个圆cir_i的半径，单位为像素，对集合中的元素聚类，得到表盘中心粗定位center′(x,y)和半径radius。在本实施例中，轮廓聚类方法采用迭代自适应聚类半径的方法。

步骤S23：对所述轮廓集合中的元素聚类，得到表盘中心的粗定位center′(x,y)和半径radius，其中，(x，y)表示坐标。

具体地，采用霍夫圆检测算法检测出多个圆，圆心位置和半径均不同，由于真实的盘面圆心只有一处，故对得到的圆集合Cir＝{cir₁,cir₂,…,cir_n}聚类，定义聚类元素为cc_k＝{p_k(x,y),R_k,{cir_i}}，p_k(x,y)为第k个聚类的中心，R_k为第k个聚类的半径，{cir_i}为第k个聚类的圆包含，聚类方法如下：

(1)构造聚类的第一个元素，以圆集合中第一个圆的圆心和半径为第一个聚类元素cc₁的圆心和半径，CC＝{cc₁}；

(2)遍历圆集合Cir，若圆cir_i与聚类cc_k的圆心距离d_ik同时满足d_ik＜R_k/m和d_ik＜R_i/m，则将圆cir_i归入聚类cc_k的圆包含中，若cir_i与所有聚类都不满足距离条件，则构造新的聚类元素，以圆cir_i的圆心和半径为该聚类元素的圆心和半径，在本发明实施例中m＝4；

(3)所有圆集合Cir的元素遍历完成后，更新聚类CC＝{cc₁,cc₂,…,cc_N}中元素的圆心和半径，圆心更新方法为

其中

为聚类cc_k中包含的圆数目，

为聚类cc_k中包含的圆的圆心，半径更新方法为

其中

为聚类cc_k中包含的圆的半径，圆心和半径更新完毕后，清空聚类cc_k的圆包含；

(4)重复步骤(2)-(3)M次(在本发明实施例中M＝5)；

(5)以聚类CC＝{cc₁,cc₂,…,cc_N}中包含圆数目最多的聚类的圆心和半径为仪表盘面的粗定位圆心center′和半径radius。

实践表明，用对圆聚类的方法得到的圆心在真实盘面圆心附近，但通常与真实中心不完全重合，产生这一现象的原因有1)仪表边缘有多处表现为圆形，2)通用圆检测算法存在冗余检测的情况，故得到的圆心大致正确，但仍需要进一步精确定位。

步骤S24：确定所述所述图像信息的灰度图像的梯度图。

在本实施例中，采用sobel算子，确定图像信息的灰度图像的梯度图。

步骤S25：对所述梯度图进行二值化处理，得到第二二值化图像。

对所述梯度图进行二值化处理的方法包括：遍历梯度图像，像素梯度值大于阈值thresh_gradient的标记为白色，小于该阈值的标记为黑色。在本发明实施例中thresh_gradient＝32。

步骤S26：以粗定位center′(x,y)为中心，设定长度为边长或直径，确定局部第二二值化图像。

如图6所示，在本实施例中，局部第二二值化图像的确定方法：以粗定位中心center′为中心，以设定长度l为边长的正方形区域，在本发明的实施例中，l＝radius/4。

步骤S27：以圆卷积核卷积局部第二二值化图像，确定响应值最大的像素位置为表盘中心的精确定位center(x,y)。

本发明检测的液压表盘面指针绕表盘中心旋转，指针在表盘中心处表现为局部小圆，该圆与盘面有清晰的分割，故可以通过边缘响应的方法精确定位表盘中心，不同仪表中局部小圆的大小不同，故采用卷积核局部遍历的方法，具体实现如下：

如图7所示，卷积核设计：采用宽等于高的正方形卷积核，卷积核的边长edge为奇数，在卷积核正方形内切圆上的像素位设为1，其余部件设为0，在本发明实施例中，卷积核的边长edge的取值范围为edge∈{7,9,…,L_e}，L_e为不大于l/2的奇数。

卷积响应计算方法为：

局部第二二值化图像遍历步骤如下：

(1)初始化最大响应值respond_max＝0，初始卷积核边长edge＝7，构造卷积核；

(2)以卷积核遍历卷积局部图像，若像素位置(x,y)处响应respond_x,y＞respond_max，则更新最大响应，记录最大响应的像素位置；

(3)更新卷积核边长edge+＝2，重复步骤(2)，直到edge＝L_e；

(4)以最大响应的像素位置为表盘中心的精确定位center(x,y)。

在步骤S3中，所述根据所述表盘中心及表盘半径，确定表盘刻度区的覆盖角范围，具体包括：

步骤S31：根据所述表盘中心及表盘半径，将所述图像信息的灰度图像转换为极坐标图像。

步骤S32：采用边缘提取结合邻域灰度差的方法对极坐标图像二值化，得到第三二值化图像。

步骤S33：从所述第三二值化图像中提取候选刻度线集合。

步骤S34：对所述候选刻度线集合中的刻度线聚类，计算每个聚类的覆盖角度。

步骤S35：根据各覆盖角度，确定刻度区的覆盖角范围。

具体地，取与表盘参数刻度区覆盖角相差最小、且在误差范围内的聚类为刻度区，得到刻度区的覆盖角范围。

本发明适用的液压表盘面刻度线与盘面中心等距、基本均匀散布在盘面上，在图像XY坐标系下提取刻度区域比较困难，本发明提出了在极坐标系下检测刻度区的方法。

在步骤S31中：在极坐标系下，刻度线基本等行排列，可以更快速准确地被提取出来。以center(x,y)为圆心、半径radius范围内的图像区域由XY坐标系转换为以center(x,y)为圆心的极坐标系下，转换方法如下：

(1)取半径r＝radius，以center(x,y)为圆心构造有序圆周点集合{p₁(x,y),p₂(x,y),…,p_num(x,y)}，其中num为点数，“有序”指点集合中的点按照0°到360°排列，确定点的角度α_i(如图8所示)；

(2)构造极坐标图imgPolar(width,height)，其中width为图像的宽度，height为图像的高度，width＝num，height＝radius+1；

(3)填充极坐标图第r行像素灰度值，imgPolar(icol,r)＝imgGray[p_idx(x,y)]，

其中icol为极坐标图中像素的列索引，idx为点在圆周点集中的索引，num_r为半径r时圆周点集数目；

(4)更新半径r＝r-1，构造当前半径下的圆周点集，重复步骤3)，直到半径到达阈值r_min，极坐标图像其余部件像素灰度赋值为0，在本发明实施例中，r_min＝radius/4。

在步骤S32中，对极坐标图像二值化，步骤如下：

(1)对极坐标图进行边缘提取，得到边缘图imgCanny；在本发明实施例中，边缘提取算法采用Canny算法，双阈值取值为low＝20，high＝64；

(2)构造极坐标二值化图imgPolarBW(width,height)，imgPolarBW所有像素灰度值初始为0；

(3)按行遍历imgCanny，若像素p(icol,irow)是边缘，则获取连续边缘左右两侧邻域neibor范围内极坐标灰度值最小值和位置(dark_left,p_left)、(dark_right,p_right)(如图9所示)，若dark_left＜dark_right，则对连续边缘左侧，以p_left为初始点进行行生长，若像素p(icol′,irow)处极坐标灰度值距dark_left小于阈值nthresh_polar，则将imgPolarBW中该位置处像素标记为白色，若像素p(icol′,irow)处极坐标灰度值距dark_left大于阈值nthresh_polar或像素p(icol′,irow)为边缘，则停止生长；若dark_left＞dark_right则对连续边缘右侧进行上述操作；在本发明实施例中，neibor＝5，nthresh_polar＝16；

(4)对imgCanny图像中所有行像素按照(3)操作，得到极坐标二值化图imgPolarBW。

需要说明的是，盘面上刻度线通常很细，在图像中的宽度甚至只有几个像素，特别容易被光照、图像模糊等不利因素干扰，造成刻度线灰度不均匀，一般的统一阈值二值化方法极易造成刻度线错检和漏检。在实践中，本发明发现虽然存在刻度线灰度不均匀的现象，但单一刻度线在其局部范围内有清晰的分割，体现为能够提取出边缘，故本发明设计了如上极坐标图像二值化方法，保证了刻度线准确标记。

在步骤S33中：候选刻度区提取，按行遍历imgPolarBW，得到各行连续标记段集合Seg＝{seg₁,seg₂,…,seg_n}，将行坐标邻接、长度差同时小于两标记段长度一半的标记段进行连接，取连接标记段的外接矩形，剔除宽度大于阈值nthresh_width的矩形，得到矩形候选刻度区集合Rec＝{rec₁,rec₂,…,rec_M}，nthresh_width＝φ*num/180(如图10所示)。

在步骤S34中：候选刻度区聚类，对候选刻度区集合中的元素聚类，定义聚类元素为cr_k＝{center_k(x,y),height_k,width_k,{rec_i}}，center_k(x,y)为第k个聚类的中心，height_k为第k个聚类的高度半径，width_k为第k个聚类的宽度半径，{rec_i}为第k个聚类的矩形包含，聚类方法如下：

(1)构造聚类的第一个元素，以刻度区集合中第一个矩形的中心、高、宽的fratio倍为第一个聚类元素的中心、高度半径、宽度半径；在本发明实施例中fratio＝3；

(2)遍历刻度区集合Rec，若刻度区rec_i与聚类cr_k中心的行距离dr_ik满足dr_ik＜height_k、刻度区rec_i的宽度满足

则将刻度区rec_i归入聚类cr_k的矩形包含中，若rec_i与所有聚类都不满足上述条件，则构造新的聚类元素，以rec_i的中心、高、宽的fratio倍为该聚类元素的中心、高度半径、宽度半径；

(3)刻度区集合Rec的所有元素遍历完成后，更新聚类CR＝{cr₁,cr₂,…,cr_N′}中元素的中心、高度半径和宽度半径；中心更新方法为

其中

为聚类cr_k中包含的矩形数目，

为聚类cr_k中包含的矩形的中心；高度半径更新方法为对所有包含矩形的高度从大到小排序，取排序第二的高度为新的高度半径；宽度半径的更新方法为对所有包含矩形的宽度按从小到大排序，取中位数的fratio倍为新的宽度半径；中心和半径更新完毕后，清空聚类cr_k的矩形包含；

需要说明的是，如果聚类cr_k包含的矩形数目小于2，则直接剔除该聚类；步骤(3)中心更新方法的依据为，在极坐标图上，刻度区中心的行坐标基本水平相近；高度聚类半径更新方法的依据为，刻度线细长、且长度基本相近；宽度聚类半径更新方法的依据为，刻度线宽度基本均匀。

(4)重复步骤(2)-(3)M次，得到聚类集合CR＝{cr₁,cr₂,…,cr_N}；在本发明实施例中M＝5；

如图11所示，在步骤S35中：候选刻度聚类覆盖角度计算，对cr_k包含的矩形元素按照左上角点x坐标从小到大排序，以两两角度间距小于阈值nthresh_angle为条件对矩形元素连接，得到元素连接段，以覆盖角度最大的连接段的覆盖角、起始/终止角为cr_k的覆盖角scale_cover_k、起始角scale_start_k、终止角scale_end_k；计算CR中各聚类的覆盖角与液压表参数刻度区覆盖角的差异，取差异最小且在阈值nthresh_cover范围内的聚类为刻度区，记录刻度区的覆盖角scale_cover、起始角scale_start、终止角scale_end；在本发明实施例中nthresh_angle＝2*φ，nthresh_cover＝2*φ；

cr_k包含的矩形元素两两角度间距的计算方法：(x_i+1-x_i)*360/num，其中x_i为第i个矩形左上角点的列坐标；需要注意的是极坐标图的宽度与圆周对应，cr_k中最后一个矩形元素的下一个元素为第一个矩形元素。

在步骤S4中，在灰度二值化图像imgGrayBW中，作以盘面中心center(x,y)为中心、2*radius为长度、平行于图像x轴的线段，统计该线段上标记为白色的像素数；以角度步长nangle_step逆时针旋转线段，统计线段上白色的像素数；以像素数最大、且大于阈值nthresh_len的线段为表盘指针的中心线；以center(x,y)两侧该线段更窄的一侧为指针朝向angle_poiter，在本发明实施例中，nangle_step＝1°，nthresh_len＝radius。

线段宽度的计算方法为，在线段上某一点处作线段垂线，求该垂线与线段交点邻域内标记为白色的最长连续像素长度。

在步骤S5中，所述根据表盘刻度区的覆盖角范围、指针朝向及仪表参数，确定表盘指针读数，具体包括：

步骤S51：根据以下公式，计算指针朝向与刻度区起始角的距离与刻度区覆盖角的比例：

其中，angle_poiter表示指针朝向，scale_start表示刻度区起始角，scale_cover表示刻度区覆盖角；

步骤S52：将所述比例乘以仪表参数中的刻度量程，得到表盘指针读数。

本发明液压表产品检测装置中的图像采集部件是一个半封闭工作环境，相机安装位置固定，补光灯位置固定，待测液压表安装位置固定，可以保证相机视野中出现的被检物品只有仪表，且通常情况下虽然不同厂家生产的液压表盘面内可能有不同文字，刻度线颜色可能不同，刻度区覆盖角、刻度间隔角不同，指针形状有差异，但基本属性相同。本发明液压表自动产品检测装置适用的液压表定义为，盘面元素包括刻度区、指针，刻度线与盘面中心距离一致基本均匀散开，指针绕盘面中心旋转类型的仪表。在本发明仪表指针读数方法说明中以盘面轮廓呈圆形，盘面颜色为浅色，指针和刻度线为深色的液压表类型为例，对于符合本发明仪表类型定义的其他仪表，比如盘面轮廓改变，盘面颜色改变等，将本发明方法稍作修改也能适用。

相对于现有技术，本发明液压表自动产品检测方法、表盘指针示数读取方法与上述液压表自动产品检测装置的有益效果相同，在此不再赘述。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种表盘指针示数读取方法，其特征在于，所述读取方法包括：

根据图像采集部件采集的图像信息，确定仪表盘面元素的仪表参数，所述仪表参数包括表盘刻度区覆盖角Φ、刻度间隔角φ、表盘满量程读数Γ，其中Φ≈φ*N，N为表盘刻度区间数目；

执行以下步骤，且在执行以下任意步骤失败时，由工控机判定待测液压表的运行异常：

根据所述图像信息的灰度图像，确定表盘中心及表盘半径；

根据所述表盘中心及表盘半径，确定表盘刻度区的覆盖角范围；

根据所述图像信息的二值化图像、表盘中心及表盘半径，确定指针朝向；

根据表盘刻度区的覆盖角范围、指针朝向及仪表参数，确定表盘指针读数；

其中，所述根据所述图像信息的灰度图像，确定表盘中心及表盘半径，具体包括：

对所述图像信息的灰度图像进行二值化处理，得到第一二值化图像；

根据所述第一二值化图像，得到轮廓集合；

对所述轮廓集合中的元素聚类，得到表盘中心的粗定位center′(x,y)和半径radius，其中，(x，y)表示坐标；具体包括：

(11)构造聚类的第一个元素，以轮廓集合中第一个圆的圆心和半径为第一个聚类元素cc₁的圆心和半径，元素聚类集合CC＝{cc₁}；

(12)遍历轮廓集合Cir，若圆cir_i与聚类元素cc_k的圆心距离d_ik同时满足d_ik＜R_k/m和d_ik＜R_i/m，则将圆cir_i归入聚类元素cc_k的圆包含中，若圆cir_i与所有聚类元素都不满足距离条件，则构造新的聚类元素，以圆cir_i的圆心和半径为该聚类元素的圆心和半径；

轮廓集合Cir＝{cir₁,cir₂,…,cir_n}，cir_i＝{p_i(x,y),R}，p_i(x,y)为第i个圆cir_i的圆心图像坐标，R_i为第i个圆cir_i的半径，m＝4；

(13)所有轮廓集合Cir的圆遍历完成后，更新聚类集合CC＝{cc₁,cc₂,…,cc_N}中聚类元素的圆心和半径，圆心更新方法为

其中

为聚类元素cc_k中包含的圆数目，

为聚类元素cc_k中包含的圆的圆心，半径更新方法为

其中

为聚类元素cc_k中包含的圆的半径，圆心和半径更新完毕后，清空聚类元素cc_k的圆包含；

(14)重复步骤(12)-(13)5次；

(15)以元素聚类集合CC＝{cc₁,cc₂,…,cc_N}中包含圆数目最多的聚类的圆心和半径为仪表盘面的粗定位圆心center′和半径radius；

确定所述图像信息的灰度图像的梯度图；

对所述梯度图进行二值化处理，得到第二二值化图像；

以粗定位center′(x,y)为中心，设定长度为边长或直径，确定局部第二二值化图像；

以圆卷积核卷积局部第二二值化图像，确定响应值最大的像素位置为表盘中心的精确定位center(x,y)；具体包括：

(21)初始化最大响应值respond_max＝0，初始卷积核边长edge＝7，构造卷积核：

卷积核为：采用宽等于高的正方形卷积核，卷积核的边长edge为奇数，在卷积核正方形内切圆上的像素位设为1，其余部件设为0，卷积核的边长edge的取值范围为edge∈{7,9,…,L_e}，L_e为不大于l/2的奇数，l＝radius/4；

(22)以卷积核遍历卷积局部图像，若像素位置(x,y)处响应respond_x,y＞respond_max，则更新最大响应，记录最大响应的像素位置；

(23)将卷积核边长edge增加2更新卷积核边长，重复步骤(22)，直到edge＝L_e；

(24)以最大响应的像素位置为表盘中心的精确定位center(x,y)。

2.根据权利要求1所述的表盘指针示数读取方法，其特征在于，所述根据所述表盘中心及表盘半径，确定表盘刻度区的覆盖角范围，具体包括：

根据所述表盘中心及表盘半径，将所述图像信息的灰度图像转换为极坐标图像；

采用边缘提取结合邻域灰度差的方法对极坐标图像二值化，得到第三二值化图像；

从所述第三二值化图像中提取候选刻度线集合；

对所述候选刻度线集合中的刻度线聚类，计算每个聚类的覆盖角度；

根据各覆盖角度，确定刻度区的覆盖角范围。

3.根据权利要求1所述的表盘指针示数读取方法，其特征在于，所述根据表盘刻度区的覆盖角范围、指针朝向及仪表参数，确定表盘指针读数，具体包括：

根据以下公式，计算指针朝向与刻度区起始角的距离与刻度区覆盖角的比例：

其中，angle_poiter表示指针朝向，scale_start表示刻度区起始角，scale_cover表示刻度区覆盖角；

将所述比例乘以仪表参数中的刻度量程，得到表盘指针读数。

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