玻璃管溫度計(jì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及示值視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)

宋野++陳星馳++杜健

摘 要：溫度計(jì)示值視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)是以溫度計(jì)的機(jī)構(gòu)特點(diǎn)為基礎(chǔ)，并且根據(jù)溫度記的具體實(shí)際工作環(huán)境進(jìn)行研制。溫度計(jì)示值視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)工作的具體依據(jù)是溫度計(jì)顯像讀數(shù)是橫向的，憑借灰度極小值的方法以及水平投影的方法，提取溫度計(jì)相應(yīng)圖像，并且依據(jù)刻度線特有的垂直特性，憑借模板二值化的方式對(duì)溫度計(jì)圖像進(jìn)行處理，并且將處理完畢的圖像細(xì)化，加以分析得到刻度線的相應(yīng)位置。然后再憑借hough變換，通過(guò)腐蝕算法和膨脹算法進(jìn)行結(jié)合，進(jìn)一步得出液柱頭的相應(yīng)的位置，分析投影，進(jìn)而得出溫度正確的示值。通過(guò)相應(yīng)的試驗(yàn)可以證明溫度計(jì)示值視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)更為穩(wěn)定，更為可靠，識(shí)別的精度可以達(dá)到0.01℃以上。

關(guān)鍵詞：玻璃管溫度計(jì) 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 示值視覺(jué) 檢測(cè)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TH7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2017）08（b）-0100-02

玻璃管溫度計(jì)不論是在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，還是在使用的過(guò)程中，都有很多優(yōu)點(diǎn)：設(shè)計(jì)過(guò)程較為經(jīng)濟(jì)，在進(jìn)行溫度測(cè)試時(shí)，操作較為簡(jiǎn)單方便，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確度較高。是當(dāng)前檢測(cè)技術(shù)中，十分重要的測(cè)溫工具。玻璃管溫度計(jì)廣泛的應(yīng)用于船舶、石油、機(jī)械以及化工等行業(yè)。玻璃管溫度計(jì)通常是由薄壁感溫泡（玻璃材質(zhì)）、感溫液體以及帶有均勻刻度的毛細(xì)管構(gòu)成。具體的工作原理是憑借感溫液體會(huì)隨著測(cè)試液體溫度的變化發(fā)生熱脹冷縮。本文更新了以往溫度計(jì)的讀數(shù)算法。這種算法首先提取溫度計(jì)的圖像部分，然后對(duì)圖像進(jìn)行相應(yīng)的處理，進(jìn)一步提升了運(yùn)算的速度。而且，因?yàn)闇囟扔?jì)的刻度線為垂直方向，應(yīng)用已經(jīng)設(shè)定好的特定模板，對(duì)溫度計(jì)的刻度線進(jìn)行二值化處理，實(shí)用性更好。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

溫度計(jì)示值視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)是由光源、玻璃管溫度計(jì)、處理器、溫控裝置、攝像機(jī)以及計(jì)算機(jī)監(jiān)控中心空城。依據(jù)系統(tǒng)特點(diǎn)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)備的搭建工作：（1）光源，憑借多次反復(fù)試驗(yàn)確定，通過(guò)節(jié)能日光燈的使用，使得攝像機(jī)拍攝的具有較好的連續(xù)性、均勻性以及重復(fù)性；（2）溫控裝置，應(yīng)用恒溫水浴鍋，具體型號(hào)為HHS-1，將溫度設(shè)定妥當(dāng)后，加熱時(shí)間更短，熱能的損耗更小，監(jiān)控更為方便，監(jiān)控的精度也更高；（3）攝像機(jī)，攝像機(jī)是有工業(yè)相繼和鏡頭構(gòu)成，相機(jī)的傳感器為CCD，其采集的速度為每秒20幀，分辨率可以高達(dá)1600×1200，在確保圖像質(zhì)量的通知，提高的圖像的采集速度。

2 算法實(shí)現(xiàn)

2.1 溫度計(jì)圖像提取

提取圖像的主要目的是為了將溫度計(jì)圖像在拍攝圖像中進(jìn)行提取。所應(yīng)用的方法是，灰度化所拍攝的所有圖像，然后將所拍攝的圖像進(jìn)行二值化處理，應(yīng)用的方法是灰度極小值，然后進(jìn)行投相，得到的是溫度計(jì)拍攝圖像的上下邊緣位置，最后將溫度計(jì)圖像在所拍攝圖像中提取出來(lái)。

2.2 溫度計(jì)刻度線提取

一般情況下，溫度計(jì)圖像中的刻度線均為垂直線，因?yàn)闇囟扔?jì)的這個(gè)特點(diǎn)，應(yīng)用已經(jīng)存在的特定模板，二值化處理所得圖像。在二值化處理的過(guò)程中，模板法的實(shí)質(zhì)是對(duì)圖像進(jìn)行局部的二值化處理，在這個(gè)過(guò)程中，因?yàn)槟０宓姆较蚝蜏囟扔?jì)的刻度線方向處于平行狀態(tài)，所以，即使光照不均勻，二值化處理的效果也是十分不錯(cuò)的，如果使用線性測(cè)試，那么二值化處理效果更佳。模板法進(jìn)行二值化處理的過(guò)程中，模板的規(guī)格為15×15的矩形，其中，周圍部分所起到的作用是，去除圖像邊緣，防止對(duì)后續(xù)處理工作產(chǎn)生影響。對(duì)比模板法和固定閾值法，可以得出相應(yīng)的二值化圖像。模板二值化的過(guò)程中，模板2區(qū)域和模板1區(qū)域的差值用x表示，閾值用m表示，閾值所起的作用是調(diào)節(jié)。然后對(duì)應(yīng)圖像中的點(diǎn)（i，j）進(jìn)行二值化定義，具體為：

2.3 溫度計(jì)液柱提取

在圖像處理過(guò)程中，圖區(qū)溫度計(jì)液柱是為了得到液柱頭的具體位置。在圖像中，液柱的方向?yàn)樗椒较颍梢詰{借這個(gè)特點(diǎn)將模板的方向進(jìn)行改變，然后二值化溫度計(jì)圖像，就可以得出相應(yīng)的液柱圖像。將模板進(jìn)行90度旋轉(zhuǎn)，就會(huì)形成新的模板，應(yīng)用新的模板，對(duì)溫度計(jì)圖像進(jìn)行二值化處理，繼而可以得出液柱二值化圖像，其中，液柱的方向?yàn)樗剑⑶遥L(zhǎng)度也是最長(zhǎng)的，對(duì)二值化獨(dú)享進(jìn)行相應(yīng)的腐蝕處理以及水平膨脹處理，憑借水平hough變換進(jìn)行圖像中液柱線的提取。進(jìn)而得出液柱頭的具體位置。憑借液柱圖像掃描像素矩陣，得到相對(duì)應(yīng)的像素位置，并且記錄此位置，記錄為yt。

2.4 溫度計(jì)字符圖像提取

在進(jìn)行溫度計(jì)讀數(shù)時(shí)，溫度計(jì)字符的大小和形狀并不相同，人工讀取溫度計(jì)數(shù)字字符并且加以識(shí)別，工作量十分巨大，另外讀取精度并不能保證，本文只提取了字符圖像，但是不進(jìn)行字符的識(shí)別，憑借手動(dòng)進(jìn)行字符的輸入。提取字符圖像的具體步驟為：（1）在進(jìn)行圖像拍攝的過(guò)程中，為了使得圖像更為均勻，增加光源，因此，在拍攝過(guò)程中，只需要對(duì)圖像的對(duì)比度以及亮度進(jìn)行增強(qiáng)；（2）二值化處理所得到的溫度計(jì)圖像，本文選擇最大類間方差法；（3）將步驟（2）所處理的圖像距離下邊緣1/3的位置，畫(huà)一條白線，方便后續(xù)讀數(shù)的提取；（4）對(duì)最大連通域進(jìn)行檢測(cè)，將步驟（2）所得到的圖像的最大連通域進(jìn)行檢測(cè)，提取其對(duì)應(yīng)的輪廓面積[2]；（5）將字符圖像進(jìn)行提取，計(jì)算步驟（4）的圖像高度。

2.5 尋找兩字符對(duì)應(yīng)長(zhǎng)刻度線位置

提取完溫度計(jì)字符后，進(jìn)行對(duì)應(yīng)長(zhǎng)刻度線位置的確定，因?yàn)閣eizhi數(shù)組已經(jīng)將每條刻度線的高度和刻度線的位置進(jìn)行記錄，將已經(jīng)去除刻度線只剩余長(zhǎng)刻度線的位置，記錄在數(shù)組ckd中，憑借兩字符位置以及長(zhǎng)刻度位置的分析比較，可以得到長(zhǎng)刻度線的對(duì)應(yīng)位置坐標(biāo)w1、w2，字符對(duì)應(yīng)的實(shí)際數(shù)值為z1、z2。

2.6 結(jié)果計(jì)算

將以上兩個(gè)字符對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)刻度坐標(biāo)值w1、w2以及其代表的實(shí)際值z(mì)1、z2，通過(guò)計(jì)算，可以得出圖像中每一個(gè)像素的分度值xf，具體的計(jì)算方法為：，將分度值計(jì)算完畢后，將第一個(gè)字符作為參考點(diǎn)，最后溫度計(jì)的讀數(shù)的計(jì)算方式為：。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

玻璃管溫度計(jì)的示數(shù)會(huì)隨社恒溫水浴鍋的溫度的改變而發(fā)生變化，與此同時(shí)，應(yīng)用像素為200萬(wàn)的CCD工業(yè)相機(jī)進(jìn)行溫度計(jì)讀數(shù)的讀取工作。本文涉及的試驗(yàn)所選取的溫度計(jì)為精創(chuàng)玻璃水銀溫度計(jì)，該溫度計(jì)最小分度值為0.1℃，具體量程為0～50℃，在進(jìn)行實(shí)際的玻璃管溫度計(jì)讀數(shù)時(shí)，應(yīng)該估讀最小分度值的下一位，憑借溫度計(jì)示值視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，可以估讀至最小分度值的后3位。應(yīng)用該系統(tǒng)進(jìn)行讀數(shù)與人工進(jìn)行玻璃管溫度機(jī)讀數(shù)的差值小于0.1℃，人人工讀數(shù)只能估讀第二位，由此可以得出，溫度計(jì)示值視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，可以使得溫度計(jì)讀數(shù)更為精準(zhǔn)。

4 結(jié)語(yǔ)

為玻璃管溫度計(jì)在圖像中的相應(yīng)特點(diǎn)，提出溫度計(jì)示值視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)，并且反復(fù)的通過(guò)試驗(yàn)證明了該系統(tǒng)更為可行，更為有效。該系統(tǒng)的應(yīng)用，可以代替人工讀數(shù)，可以進(jìn)一步提高讀數(shù)的精準(zhǔn)性。玻璃管溫度計(jì)的液柱以及刻度線，可以憑借模板取得更好的效果，與此同時(shí)，避免了因?yàn)榱炼炔痪绊憟D像處理效果。溫度計(jì)示值視覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，使得溫度計(jì)讀數(shù)更快，更準(zhǔn)。

參考文獻(xiàn)

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