数字图像处理技术在计量仪表检定中的应用

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1、第27卷第3期长春理工大学学报Vol127No132004年9月JournalofChangchunUniversityofScienceandTechnologySep.2004文章编号:1004-485X(2004)03-0013-03数字图像处理技术在计量仪表检定中的应用王红平曹国华苏成志(长春理工大学机电工程学院,长春130022)摘要:本文提出了一种仪表自动化检定的新方法。该方法以计算机视觉技术和光学测量技术为基础,采用数字图像处理技术对计量仪表进行检定,克服了传统方法中由于手动进给和人工读数造成的精度低、重复性差等缺点。试验证明,该方法简便可靠,精度高。关键字:CCD摄像;数字

2、图像处理技术;仪表检定+中图分类号:TH86813文献标识码:A百分表、千分表等精密测量仪器是机械工业中1系统结构及工作原理最为广泛使用的常规仪表。仪表生产企业和计量检定部门,需定期对千分表和百分表示值误差进行准为实现快速、自动化检定,本检定系统采用三确检定,以判断其精度是否合格。传统的检定方部分组合完成,即:伺服驱动部分、基准数据的采法,是组合不同长度的标准量块作为尺度基准,或集部分及图像的采集与处理部分。其中,伺服驱动采用具有刻度的高精度测微机构作为长度基准,以部分采用步进电机作为执行元件,以替代手工进手动进给,人工读数。其存在的主要问题是:人工给;基准数据采用精密光栅获取,以替代标准

3、量目视读数精度低,可靠性差,重复性差;检定人员块;表盘图像的采集由CCD摄像机获取,图像的的劳动强度大、检定周期长,工作效率低;且只能处理由计算机实现,以替代人工的瞄准与判读。其实现有限位置的定点检定,灵活性和通用性差等。工作原理如图1所示,系统工作时,计算机通过I/为此,人们在不断寻求更简便更可靠的检定方O卡发送脉冲给步进电机驱动器以控制步进电机驱[1,2]动指示表测头运动;同时,光栅尺采集测头运动的法。本文便是在计算机视觉技术和光学测量技术的基础上,提出了采用CCD摄像技术与图像处基准数据,CCD摄取表盘指针的图像,之后分别通理技术相结合进行指示表自动检定的新方法,它能过光栅尺数据采集

4、卡和图像采集卡送入微机;微机自动完成诸如:百分表、千分表、杠杆表、内径表完成表盘指针示值的精密判读,并将判读结果与光等各类指示表示值误差的检定,具有通用性强,检栅尺采集的基准数据对比以确定检定结果。可见,定效率高,准确、可靠等优点。精密判读的准确性直接决定着本系统的检定精度,因此,实现表盘精确的检定关键在于表盘图像的处理。2表盘图像自动判读技术表盘图像的自动判读技术主要包括表盘图像的预处理技术及表盘指针识别技术。211表盘图像的预处理技术[3]表盘图像的预处理技术包括阈值分割、二值图1指示表检定系统原理示意图化、边缘检测,图像锐化等。为了得到较好的处理结果,首先对表盘原始图像梯度锐化,使模

5、糊的图收稿日期:2004-06-20基金项目:吉林省科技厅资助项目(20000531-1)作者简介:王红平,女(1976-),讲师,主要从事机电控制及在线检测方面的研究工作。14长春理工大学学报2004年像表针和刻度更加清晰;之后进行Sobel边缘检测,(2)C1(x,y),y=(p1.y+p2.y)/2有效剔除表面干扰因素;最后通过试验选取合适的(3)C2(x,y),x=(p3.x+p4.x)/2阈值进行图像分割。通过上述处理,滤除表盘图像(4)C2(x,y),y=(p3.y+p4.y)/2上的一些干扰因素,使有用区域更加清晰,为下一由此可得初始时刻表针1中心线的直线方程步表针的识别提供

6、保证。图2所示即为表盘预处理Y-C2(x,y).y=k1(X-C2(x,y)x(5)后的结果。其中k1为直线斜率C1(x,y).y-C2(x,y).yk1=(6)C1(x,y).x-C2(x,y).x将(1)、(2)、(3)、(4)式代入(6)式,可得(Y-C2(x,y).y)=C1(x,y).y-C2(x,y).y(X-C2(x,y).x)(7)C1(x,y).x-C2(x,y).x同理可得表针2中心线的直线方程:(a)表盘原图像(b)锐化后Sobel边缘检测(Y-C4(x,y).y)=图2表盘预处理后的实验结果C3(x,y).y-C4(x,y).y212表盘指针识别技术(X-C4(x,

7、y).x)(8)C3(x,y).x-C4(x,y).x在指示表检定过程中,其背景是静止的,只有其中直线斜率为k2指针是变化的。因此在理想情况下,两幅图像相减C3(x,y).y-C4(x,y).yk2=(9)后,即减影处理后,除两指针处的灰度值为零(即C3(x,y).x-C4(x,y).x于是便可得出这两条直线的交角θ,进而求出黑色),其余区域的灰度值均为255(即白色),也表针的位移。就是减影后的表盘图像只保留了两个不同