水银温度自动视觉

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1、基于视觉的水银温度计自动检测算法的研究摘要：本课题在高精确度温度测控技术、计算机视觉测量技术和数字图像处理技术的基础上，研究并制作基于计算机视觉测量的自动温度检定系统。为了获得相对于常规电测方法更高的温度测量精确度和长期稳定性，直接采用一等标准水银温度计作为温度计量标准。对于水银温度计示值的检测采用数字摄像头成像，并利用图像处理方法将刻度值和水银柱的精确位置计算出来。对标准水银温度计的成像进行处理，以获得精确的温度值。这其中包括图像增强、图像平滑、图像阈值化、边缘检测等步骤。经边缘提取后，获得标准温度计的刻度以及水银柱顶点在图像上的亚像素位

2、置，经计算获得精确的温度值。论文最后通过实验对一等标准水银温度计进行图像处理得出数据并和人眼观测结果进行对比分析。关键词：水银温度计边缘检测计算机视觉图象处理1绪论1.1设计背景和意义温度量值的测量广泛应用于国防、工农业、日常生活等各个领域，尤其是中低温测量应用更加广泛。因此如何对该温区温度仪表进行检定已成为人们极为关注的问题。对于低温和常温仪表的温度检定，过去采用的电传感检测方法由于传感器和仪器的时效性，长期使用后将产生测量误差。因此各二级标准计量单位通常采用人工观测一等标准水银温度计示值来确校准准温度。该方法由于人工观测精确度不高、观测

3、一致性较差而不适于高精度温度测量仪表的检定，并且检定时间较长。37随着计算机技术、图像处理技术和计算机视觉测量技术的发展，基于视觉图像处理技术的各种测量技术日臻成熟，并广泛应用于从微观粒子世界到宏观宇宙空间的各种测量领域。在此基础上，结合我们多年来在温度测量仪器开发、计算机视觉测量及图像处理技术、传感器建模及仿真等方面研究的体会和社会的需求，提出了结合计算机视觉测量技术实现对温度测量仪器的全自动高精度检定方法。该系统采用计算机视觉和图像处理技术直接获取一等标准水银温度计的标准温度值（约比人工观测标准水银温度计精确度高一个数量级），从而彻底地

4、解决了传统温度仪表检定的缺陷，提高了检定的精确性度、权威性以及公正性。由于该系统的可分解性，可以灵活地应用于温度仪表检定／生产过程中温度仪表的校准等各个领域，它的研制成功必将取得良好的经济和社会效益。1.2温度检定技术研究现状及分析在温度计量方面，作为温度计量器具分为计量基准器具、计量标准器具和工作计量器具三类。根据ITS-90以及国家温度计量器具检校准准JJG2062－90和JJG2020－89，中国计量科学院保存有用于温标复现和传递的一系列定义固定点装置和基准温度计量器具，包括基准铂电阻温度计、9975型直流比较仪和一等标准电阻。在我们

5、所要检测的温度范围内，所能使用的温度计量标准器具有电阻温度计、玻璃水银温度计和数字温度计三类，其中一等标准水银温度计的测量不确定度略逊于一等铂电阻温度计，但不受电测设备等引起的误差影响。因此计量院热工处中温室研制了玻璃液体温度计屏幕显示读数装置（只是对视频成像进行屏幕放大，便于人工读数的准确度），其它未见相关报道。37在自动化校准和检定软件方面，目前国内主要有上海顺创测控工程有限公司的VST.R-99系列测温元件自动检定系统和北京中航机电研究所的ZH1023热电偶、热电阻温度计综合自动检定装置。他们均利用常规检定仪表采集标准温度（二等标准热

6、电偶和热电阻)，利用高精度数字万用表完成测温元件的热电势和电阻的测量，利用计算机实现检定数据的记录、分析，并形成检定结果文件和证书打印。从测量温区、用途和软件功能上与本项目有很大区别，且本系统从硬件上经过适当扩展即可完成上述功能。作为本项目所应用的重点技术之一的计算机视觉和图像处理技术，已经从单纯的航空遥测、机器人导向，逐渐应用到空间站对接、工业质量检测、农业种质筛选、医学影像、商业条码识别、交通号牌识别、安全监控及识别等各个领域。虽然未见用于温度计测量的报道，但视觉成像及处理的成熟技术可以保证我们实现高精确度可靠的标准温度的测量。不难看出

7、，作为温度测控仪表的检定和校准，今后主要向着利用计算机技术、测控技术和其它先进技术的自动化、高精度、高效率方向发展。1.3计算机视觉的发展历史及研究现状早期的计算机视觉研究主要基于二维技术，多是采用模式识别的方法完成分类工作。计算机视觉一词最早正式出现于1975年由Winston编辑的论文集里。1982年Ballard和Brown出版了第一部专门介绍计算机视觉理论和技术的专著。此后，大量的期刊、国际会议对计算机视觉技术及其应用进行了专门的讨论[1]。计算机视觉是个复杂的处理过程，景物理解与景物分析是其处理要点之一。计算机视觉主要是靠计算机提

8、供的手段和方法去完成这一信息处理过程。具体包括视觉信息的获取、图像底低层次处理、分割、描述、识别理解等工作。计算机视觉系统以图像处理理论为基础。自20世纪70年代末以来，由于数字