基于机器视觉的双排刻线器具自动读数研究

论文摘要

数字仪表由于具有精度高、读取操作简易的优点在工业以及控制领域被广泛的应用。但是在如仪表检定、测量控制、科学实验、水电表记录等部分应用环境中，依然需要人工记录读数。人工读数工作效率低，而且由于人眼分辨率有限对具有刻线特征的计量器具读数存在主观误差，准确率也较差。但是随着机器视觉、图像处理技术以及字符识别技术的发展，使得仪表自动读数技术从实验室走向了商用。尤其是在水电表记录等领域发挥了巨大的作用。然而国内外近来的研究主要集中在指针式仪表以及数字仪表的自动判读。对具有双排刻线特征的器具自动读数研究较少。此类器具在计量测试领域中还不可或缺，有着广泛应用。由于存在大量的刻线，当用人眼读数时存在主观误差。本课题针对这一特点，设计了一种机器视觉与工业摄像机测量相结合的自动读数测量系统，以达到高精度自动读数测量的目的。本文结合待测器具的表面特征，在研究分析了国内外仪表自动读数方法的基础上，设计了一套基于机器视觉的自视频采集到读数自动检测的整体解决方案。整个读数系统包括光源，采集成像装置，显示系统，自动读数方法的图像处理系统等。课题中设计并搭建了光源及视频采集装置，利用LED漫反射光源特性设计测量用光，设计并选用不在同一高度的两个条形LED高低光源在有效地削弱器具表面的强镜面反射的同时凸显不在同一水平面上的刻线信息，获取较好的图像；利用二级定位的刻线定位算法，迅速准确的定位刻线区域并进一步确定对准刻线，同时利用编码的思想提取字符特征完成字符识别，总体上实现了实时的图像处理，在Visual C++软件平台上实现了器具的自动读数功能。本课题设计的器具自动读数检测系统以数字图像处理技术为基础，以VisualC++软件环境为实现平台。实验表明该系统具有良好的稳定性，极大的减小了人工干预，提高了测量效率。本课题给强反射表面的研究提供了参考和借鉴的同时对具有双排刻线特征的器具自动读数具有实用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 指针式仪表自动读数
• 1.2.2 数显式仪表自动读数
• 1.3 本文的研究内容
• 1.3.1 课题研究的主要内容
• 1.3.2 论文的主要内容
• 2 机器视觉概述
• 2.1 机器视觉发展历程
• 2.2 机器视觉主要技术
• 2.3 机器视觉系统
• 3 器具自动读数系统总体设计
• 3.1 图像采集系统
• 3.2 图像处理和显示系统
• 4 照明系统的设计
• 4.1 光源的设计
• 4.1.1 器具的表面特点
• 4.1.2 光源的设计
• 4.2 照明系统的摄像头和镜头选择
• 4.2.1 摄像头的选择
• 4.2.2 镜头的选择
• 4.3 照明技术选择
• 4.3.1 常用照明技术简介
• 4.3.2 图像采集对比结果
• 4.4 本章小结
• 5 自动读数的图像处理算法
• 5.1 图像预处理
• 5.1.1 二值化
• 5.1.2 倾斜校正
• 5.2 搜寻对准刻线
• 5.2.1 刻线区域定位
• 5.2.2 分界线定位及刻线参数计算
• 5.2.3 对准刻线定位
• 5.3 字符识别定位
• 5.3.1 字符定位
• 5.3.2 字符识别
• 5.4 实验读数结果
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 作者在攻读学位期间发表的论文目录