基于指針圖像識別的自動讀數(shù)軟件的設(shè)計

(南寧學院 廣西 南寧 530200)

一、引言

指針式儀表因其結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、價格便宜的優(yōu)點仍然廣泛應用于工業(yè)以及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。但指針式儀表有著讀數(shù)過程繁瑣，讀數(shù)容易產(chǎn)生誤差等缺點。對指針式儀表讀數(shù)采用肉眼識別易受到諸多人為因素的影響，檢測效率低且精度不高，特別是長時間持續(xù)判讀，容易引起視覺疲勞，從而導致誤差的產(chǎn)生，另外還有一些無法采用人工判讀的場合。而圖像識別技術(shù)利用數(shù)字圖像處理技術(shù)對圖像進行轉(zhuǎn)換、偏差檢測、結(jié)果顯示實現(xiàn)自動化過程。

二、自動讀數(shù)的整體結(jié)構(gòu)和流程

圖像識別的基本順序流程為：表盤圖像采集—圖像預處理-圖像分割-表盤圖像歸一化-指針示值判讀。分為圖像采集部分、圖像處理部分、結(jié)果顯示部分。圖像采集分為兩種，一是使用手機APP直接拍攝，二是在不能使用手機場合通過圖像采集模塊進行傳輸?shù)绞謾C，例如OV7620圖像傳感器。圖像處理部分是機器內(nèi)部程序算法，對圖像進行處理，然后根據(jù)人工預設(shè)參數(shù)值計算出結(jié)果，結(jié)果可以在手機APP上讀數(shù)。

三、圖像處理技術(shù)實現(xiàn)

(一)圖像預處理

由于指針式儀表盤屬于“明背景，暗目標”的灰度圖，指針信息集中在低灰度區(qū)，指針周圍背景處于中間灰度區(qū)。因此要將指針的信息凸顯出來，從背景分離。基于灰度期望確定區(qū)間。設(shè)從圖像中取一像素點，灰度值為LJ,則該點周圍的背景平均灰度隨其統(tǒng)計規(guī)律趨近于灰度期望∝。對于指針目標來說，由于指針為低灰度，當灰度期望值小時指針與背景的對比度小。當期望小到接近指針灰度時，指針被背景完全湮沒，因此根據(jù)灰度值的大小，可以將圖像分為三種狀態(tài)：湮沒、增強、顯著。若用-1，0，1分別表示這三種狀態(tài)，則儀表的圖像可記為：當S[f(x,y)]=-1時，指針與背景不可分離，不能進行處理和識別，為廢圖像，應舍去；當S[f(x,y)]=1時，指針與背景對比度顯著，無需作增強處理；當S[f(x,y)]=0時需對圖像進行對比度增強處理。

(二)圖像分割

由于儀表指針和刻度線的共性是灰度值較小，選用動態(tài)閾值法，可以有效解決偏心誤差。獲取的圖像都是以矩形的形式存在，矩形對應直角坐標中的形式為I(x，y)，因此要將圖像從直角坐標系變換到極坐標系中。根據(jù)表盤圖像特征，先將表盤圖像I(x，y)進行坐標平移，指針的回轉(zhuǎn)中心為(x，y)，使指針的回轉(zhuǎn)中心為坐標原點，平移后的圖像為I′(x-X，y-Y)，將平移后的圖像進行翻轉(zhuǎn)得到圖像I″(-(x-X)，y-Y)，在經(jīng)坐標系變換到極坐標中的圖像I?(θ，ρ)。

(三)圖像直線掃描

利用圖像直線掃描法可以有效解決圓掃描圓心偏心帶來的穩(wěn)定性的問題。直角坐標系中表盤圖像兩側(cè)的刻度線像素點的y值較大，而中間部分刻度線像素點的y值較小，根據(jù)(y-Y)2-(y-Y+ΔY)2=ΔY(2y-Y)，其中ΔY為掃描圓心Y的誤差，可以看出，在同一誤差下，y值越大對ρ的影響越大，變換后的表盤圖像會出現(xiàn)凹凸不平的現(xiàn)象，而當圓心橫坐標X出現(xiàn)誤差時，直角坐標系中的表盤圖像的刻度線像素點x值是逐漸增大的，X的誤差對ρ的影響是由大變小的，因此變換后的表盤圖像會出現(xiàn)傾斜的情況。由于掃描圓心的誤差對θ的影響很小，刻度線總是垂直于橫坐標軸，因此對變化后的圖像掃描可以獲得準確的信息。

四、APP操作界面講解

一開始，點擊獲取圖片，APP會打開手機內(nèi)部相機拍攝圖片，拍攝完成后，選擇好電壓、電流或者是電阻，之后會跳出選擇單位選項，選擇好輸入的單位后，鍵入最大最小值，點擊確認，然后內(nèi)部的解析程序就會開始運行，對圖片進行加工處理后，再分析刻度，判斷出指針位置，由鍵入的最小最大值判斷出位置所指的讀數(shù)，然后在APP中顯示出讀數(shù)。

五、總結(jié)

本次項目的實現(xiàn)說明了使用圖像分析技術(shù)在指針式儀表數(shù)據(jù)讀取上是可行的方案，雖然功能實現(xiàn)了準確讀取，但讀取精度上還是會因為環(huán)境的影響導致極大的讀取誤差，這是需要改進的方面，在這個科技日漸發(fā)展的時代，雖然現(xiàn)在這項技術(shù)還只是實驗，但是當它成熟的時候一定會給社會帶來很大的改變。