基于数字图像处理技术的高精度仪表自动检定系统的研发

论文摘要

指针式仪表是生产过程中应用非常普遍的测量仪表,种类多,数量大。目前,国内对这类仪表的检定工作主要是采用人工观测读数的方法。受人为因素影响,检定效率低、精度低,为了提高检定的效率及精度,本文对指针式仪表的自动检定技术方法进行了研究。本文以数字图像处理技术,以自动识别指示表示值为研究重点,对指针式仪表的自动检定技术进行了研究与开发。通过对运动控制驱动系统的设计及反馈控制的设计,实现了检定系统的闭环运动控制,从硬件上保证了高精度仪表检定的精度要求。通过对图像的滤波技术,图像阈值分割算法,表盘图像的边缘检测算法,指示表表盘图像的细化及仪表指针特征的提取等研究,实现了被检定仪表的示值自动判读。最后,通过对实验数据与系统误差分析,系统误差来源的详细分析及计算等,对检定系统的精度进行了估计。论文以百分表为例进行分析,通过试验及计算机编程处理,总结归纳出了一种数字图像处理读数的方法,为各类指针式仪表自动检定技术的发展以及对指示表的自动检测中视频图像数字化采集、数字图像处理技术的应用,提供了借鉴。指针式仪表自动检定系统是机、光、电一体化的智能化仪器,由于采用了计算机图像识别技术,免除了人工读数,不仅检定效率可大大提高。而且实现了检定过程的自动化和智能化。实验证明本文研究的方法检定准确度高、分辨能力强、操作简便,因此具有广泛的市场应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 概述
• 1.1 指针式仪表自动检定系统研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 国外发展现状
• 1.2.2 国内发展现状
• 1.3 本文的研究内容及主要工作
• 1.4 本文主要创新点
• 1.5 本文的章节安排
• 第二章 系统工作原理及总体结构设计
• 2.1 系统方案设计的指导思想
• 2.2 两种方案比较
• 2.3 指针式仪表全自动检定系统的设计原理
• 2.4 系统软件结构设计
• 2.4.1 系统软件模块化设计
• 2.4.2 系统软件的算法优化设计
• 2.5 系统设计指标
• 2.6 本章小结
• 第三章 检定系统的运动控制系统设计
• 3.1 指示表自动检定仪的伺服控制系统的组成及功能要求
• 3.2 运动控制驱动系统的驱动部分设计
• 3.2.1 步进电动机的选择
• 3.2.2 步进电动机驱动器的选择
• 3.2.3 I/O接口卡的选择
• 3.2.4 脉冲当量的确定及传动机构设计
• 3.3 光栅传感器及计数卡的选择
• 3.4 Windows平台下实现对步进电动机的控制
• 3.5 本章小结
• 第四章 指针式仪表表盘图像采集
• 4.1 指针式仪表表盘图像采集系统介绍
• 4.2 CCD摄像头和图像采集卡的选取和工作原理
• 4.2.1 图像的采集设备的选取
• 4.2.2 图像采集系统工作原理
• 4.3 Windows平台下对表盘图像的摄取
• 4.4 表盘图像采集及处理的实时性要求
• 4.5 照明光源
• 4.6 本章小结
• 第五章 表盘图像处理
• 5.1 图像的预处理
• 5.2 图像的滤波
• 5.2.1 滤波原理
• 5.2.2 基于Daubechies小波的中值滤波
• 5.2.3 中值滤波在本系统中的应用
• 5.3 图像阈值分割算法
• 5.3.1 图像分割原理
• 5.3.2 基于小波神经网络的图像识别
• 5.3.3 阈值分割在本课题中的应用
• 5.4 表盘图像的边缘检测算法
• 5.4.1 经典边缘检测算子的理论分析
• 5.4.2 边缘检测在本系统中的应用
• 5.5 指示表表盘图像的细化
• 5.6 仪表指针特征的提取
• 5.6.1 Hough变换理论
• 5.6.2 Hough变换实现
• 5.6.3 具体编程实现算法
• 5.6.4 识别精度和速度的分析
• 5.6.5 Hough变换算法的改进
• 5.6.6 改进的Hough变换算法针对于本课题的应用
• 5.7 本章小结
• 第六章 实验数据与误差分析
• 6.1 实验目的
• 6.2 实验方法的确定及准确性和重复性误差分析
• 6.2.1 实验方法确定
• 6.2.2 0级10mm百分表示值误差检定
• 6.3 实验结论
• 6.4 指针式仪表自动检定系统误差来源分析及计算
• 6.4.1 误差来源分析
• 6.4.2 影响系统精度的误差计算
• 6.5 精度估计
• 6.6 本章小结
• 第七章 总结及展望
• 7.1 工作总结
• 7.2 存在的问题
• 7.3 系统实时性要求
• 7.4 展望
• 7.5 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 在读硕期间科研成果、参与的课题和所获奖励