多指针式指示仪表识别模块的设计与实现

摘要

百分表由于其使用方便，抗干扰能力强，目前已经广泛应用于实际生产和生活中。它的功能主要是用来测量微小位移量，长时间的高频率使用，会使百分表产生误差。产品的质量和安全与百分表的准确度有着密不可分的关系，因此对百分表的精度检定是非常重要的环节。根据国家计量部门制定的专门检定规程，百分表的检定周期一般不超过1年。现如今百分表的检定工作大多数都是检定人员长时间用肉眼观察仪表的读数并记录数据，这种高强度长时间地观察容易使人眼感到疲惫，并且引入不确定的人为误差，检定精度受到影响。
　　本文设计的多指针式指示仪表识别模块包括图像的采集系统，图像预处理系统以及仪表读数识别系统。该识别模块运用工业相机、光学镜头、照明光源等设备搭建采集系统硬件平台，并利用计算机软件设计实现表盘图像处理和读数识别。机器视觉代替人眼技术与图像自动处理技术相结合，将图像信息转换成数字信息从而得到仪表的读数。将该识别模块应用在百分表全自动检定系统中，消除人眼读数视觉疲劳的同时还可以提高读数效率和精度。
　　多指针式指示仪表识别模块中仪表图像应用CMOS型工业相机采集，通过USB传输线将仪表图像传输给计算机。图像预处理系统做进一步预处理操作。论文中仪表的读数识别系统中采用了两种算法。霍夫变换识别算法是在MATLAB软件平台验证实现，该算法在预处理仪表图像上检测指针直线，通过计算得出直线的斜率，利用斜率求出直线夹角，从而得出仪表示值。模式匹配识别算法是在LabVIEW软件平台验证实现，这种算法先将仪表盘上感兴趣区域提取出来作为模板，通过LabVIEW中模式匹配子模块进行像素匹配。通过确定表盘零刻度位置、仪表指针位置和表盘圆心位置得出指针旋转过的角度，最终得出读数。
　　通过实际验证，模式匹配识别算法满足设计要求，最大识别误差不超过正负0.003mm，可应到百分表检定系统中。本系统还设计了友好的人机界面，与百分表检定系统完成衔接配合，为使用者提供方便。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容和安排

第二章 多指针式仪表识别模块平台设计

2．1 多指针式指示仪表识别模块概述

2．2 识别模块的设计要求

2．3 识别模块的总体方案

2．3．1 识别模块硬件设计方案

2．3．2 识别模块软件设计方案

2．4 识别模块平台搭建

2．4．2 高清工业相机光学镜头

2．4．3 CGimagetech CMOS工业相机

2．5 本章小结

第三章 多指针式表盘图像预处理

3．1 数字图像处理技术

3．2 表盘图像预处理

3．2．1 几何变换

3．2．2 图像增强

3．2．3 阈值分割

3．2．4 形态学处理

3．2．5 边缘检测

3．3 本章小结

第四章 多指针式仪表读数识别

4．1 基于霍夫变换算法的识别模块设计

4．1．1 霍夫变换原理

4．1．2 大表盘的读数识别

4．1．3 小表盘的读数识别

4．1．4 实际应用中的算法改进

4．2 基于模式匹配算法的识别模块设计

4．2．1 模式匹配原理

4．2．2 大表盘的读数识别

4．2．3 小表盘的读数识别

4．2．4 实际应用中的算法改进

4．3 本章小结

第五章 实验结果与误差来源分析

5．1 识别模块软件平台

5．2 识别模块实验结果

5．3 误差来源分析

5．4 本章小结

第六章 总结及讨论

6．1 全文工作总结

6．2 课题研究讨论

参考文献

致谢