玻璃管溫度計的結構特點及示值視覺檢測系統

宋野++陳星馳++杜健

摘 要：溫度計示值視覺檢測系統是以溫度計的機構特點為基礎，并且根據溫度記的具體實際工作環境進行研制。溫度計示值視覺檢測系統工作的具體依據是溫度計顯像讀數是橫向的，憑借灰度極小值的方法以及水平投影的方法，提取溫度計相應圖像，并且依據刻度線特有的垂直特性，憑借模板二值化的方式對溫度計圖像進行處理，并且將處理完畢的圖像細化，加以分析得到刻度線的相應位置。然后再憑借hough變換，通過腐蝕算法和膨脹算法進行結合，進一步得出液柱頭的相應的位置，分析投影，進而得出溫度正確的示值。通過相應的試驗可以證明溫度計示值視覺檢測系統更為穩定，更為可靠，識別的精度可以達到0.01℃以上。

關鍵詞：玻璃管溫度計 結構特點 示值視覺 檢測系統

中圖分類號：TH7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（b）-0100-02

玻璃管溫度計不論是在設計的過程中，還是在使用的過程中，都有很多優點：設計過程較為經濟，在進行溫度測試時，操作較為簡單方便，測試結果準確度較高。是當前檢測技術中，十分重要的測溫工具。玻璃管溫度計廣泛的應用于船舶、石油、機械以及化工等行業。玻璃管溫度計通常是由薄壁感溫泡（玻璃材質）、感溫液體以及帶有均勻刻度的毛細管構成。具體的工作原理是憑借感溫液體會隨著測試液體溫度的變化發生熱脹冷縮。本文更新了以往溫度計的讀數算法。這種算法首先提取溫度計的圖像部分，然后對圖像進行相應的處理，進一步提升了運算的速度。而且，因為溫度計的刻度線為垂直方向，應用已經設定好的特定模板，對溫度計的刻度線進行二值化處理，實用性更好。

1 系統總體設計

溫度計示值視覺檢測系統是由光源、玻璃管溫度計、處理器、溫控裝置、攝像機以及計算機監控中心空城。依據系統特點，進行實驗設備的搭建工作：（1）光源，憑借多次反復試驗確定，通過節能日光燈的使用，使得攝像機拍攝的具有較好的連續性、均勻性以及重復性；（2）溫控裝置，應用恒溫水浴鍋，具體型號為HHS-1，將溫度設定妥當后，加熱時間更短，熱能的損耗更小，監控更為方便，監控的精度也更高；（3）攝像機，攝像機是有工業相繼和鏡頭構成，相機的傳感器為CCD，其采集的速度為每秒20幀，分辨率可以高達1600×1200，在確保圖像質量的通知，提高的圖像的采集速度。

2 算法實現

2.1 溫度計圖像提取

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

2.2 溫度計刻度線提取

一般情況下，溫度計圖像中的刻度線均為垂直線，因為溫度計的這個特點，應用已經存在的特定模板，二值化處理所得圖像。在二值化處理的過程中，模板法的實質是對圖像進行局部的二值化處理，在這個過程中，因為模板的方向和溫度計的刻度線方向處于平行狀態，所以，即使光照不均勻，二值化處理的效果也是十分不錯的，如果使用線性測試，那么二值化處理效果更佳。模板法進行二值化處理的過程中，模板的規格為15×15的矩形，其中，周圍部分所起到的作用是，去除圖像邊緣，防止對后續處理工作產生影響。對比模板法和固定閾值法，可以得出相應的二值化圖像。模板二值化的過程中，模板2區域和模板1區域的差值用x表示，閾值用m表示，閾值所起的作用是調節。然后對應圖像中的點（i，j）進行二值化定義，具體為：

2.3 溫度計液柱提取

在圖像處理過程中，圖區溫度計液柱是為了得到液柱頭的具體位置。在圖像中，液柱的方向為水平方向，可以憑借這個特點將模板的方向進行改變，然后二值化溫度計圖像，就可以得出相應的液柱圖像。將模板進行90度旋轉，就會形成新的模板，應用新的模板，對溫度計圖像進行二值化處理，繼而可以得出液柱二值化圖像，其中，液柱的方向為水平，并且，長度也是最長的，對二值化獨享進行相應的腐蝕處理以及水平膨脹處理，憑借水平hough變換進行圖像中液柱線的提取。進而得出液柱頭的具體位置。憑借液柱圖像掃描像素矩陣，得到相對應的像素位置，并且記錄此位置，記錄為yt。

2.4 溫度計字符圖像提取

在進行溫度計讀數時，溫度計字符的大小和形狀并不相同，人工讀取溫度計數字字符并且加以識別，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，但是不進行字符的識別，憑借手動進行字符的輸入。提取字符圖像的具體步驟為：（1）在進行圖像拍攝的過程中，為了使得圖像更為均勻，增加光源，因此，在拍攝過程中，只需要對圖像的對比度以及亮度進行增強；（2）二值化處理所得到的溫度計圖像，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，畫一條白線，方便后續讀數的提取；（4）對最大連通域進行檢測，將步驟（2）所得到的圖像的最大連通域進行檢測，提取其對應的輪廓面積[2]；（5）將字符圖像進行提取，計算步驟（4）的圖像高度。

2.5 尋找兩字符對應長刻度線位置

提取完溫度計字符后，進行對應長刻度線位置的確定，因為weizhi數組已經將每條刻度線的高度和刻度線的位置進行記錄，將已經去除刻度線只剩余長刻度線的位置，記錄在數組ckd中，憑借兩字符位置以及長刻度位置的分析比較，可以得到長刻度線的對應位置坐標w1、w2，字符對應的實際數值為z1、z2。

2.6 結果計算

將以上兩個字符對應的長刻度坐標值w1、w2以及其代表的實際值z1、z2，通過計算，可以得出圖像中每一個像素的分度值xf，具體的計算方法為：，將分度值計算完畢后，將第一個字符作為參考點，最后溫度計的讀數的計算方式為：。

3 實驗結果與分析

玻璃管溫度計的示數會隨社恒溫水浴鍋的溫度的改變而發生變化，與此同時，應用像素為200萬的CCD工業相機進行溫度計讀數的讀取工作。本文涉及的試驗所選取的溫度計為精創玻璃水銀溫度計，該溫度計最小分度值為0.1℃，具體量程為0～50℃，在進行實際的玻璃管溫度計讀數時，應該估讀最小分度值的下一位，憑借溫度計示值視覺檢測系統，可以估讀至最小分度值的后3位。應用該系統進行讀數與人工進行玻璃管溫度機讀數的差值小于0.1℃，人人工讀數只能估讀第二位，由此可以得出，溫度計示值視覺檢測系統的應用，可以使得溫度計讀數更為精準。

4 結語

為玻璃管溫度計在圖像中的相應特點，提出溫度計示值視覺檢測系統，并且反復的通過試驗證明了該系統更為可行，更為有效。該系統的應用，可以代替人工讀數，可以進一步提高讀數的精準性。玻璃管溫度計的液柱以及刻度線，可以憑借模板取得更好的效果，與此同時，避免了因為亮度不均影響圖像處理效果。溫度計示值視覺檢測系統的應用，使得溫度計讀數更快，更準。

參考文獻

[1] 喻曉虎，孫世海，彭瑞軍，等.玻璃液體溫度計自動讀數系統的研制[J].計量技術，2012（12）：62-64.

[2] 王學智，楊國松.玻璃液體溫度計自動檢測方法[J].湖北 水利水電職業技術學院學報，2013（2）：21-24.

[3] 李寧，汪仁煌，劉孝峰，等.基于機器視覺的溫度測量系統的設計及應用[J].計算機與現代化，2012（9）：89-91.endprint