船舶机舱仪表监测系统研究

论文摘要

机舱监测和报警系统是船舶最重要的自动化设备之一,传统机舱监测报警系统多数采用计算机集中方式,其结构特点是将所有测点的传感器和变送器信号经屏蔽电缆线送入计算机接口电路,经A/D转换,数据处理后进行显示、报警和打印。计算机集中监测报警方式需要大量传感器、变送器及电缆线,对计算机接口要求很高,施工维护工作量都很大。本文采用计算机视觉和模式识别技术,通过数字摄像头采集船舶机舱监测系统中一次性仪表的表头图像信息并传送到计算机,然后进行图像信息的特征提取、图像分析、图像处理,最后完成监测数据的显示、报警等工作。这种方法可显著降低机舱监测系统的布线成本,大大提高监测系统的可靠性。本文在简要介绍船舶机舱仪表监测系统软硬件整体方案设计方法基础上,重点围绕图像采集和图像识别两个方面进行了讨论研究,主要涉及以下几方面内容:1.本文采用Visual C++6.0作为视频软件的开发平台。通过分析对比Microsoft所提供的两种视频采集方式Directshow和VFW在视频捕获快速性、灵活性以及对视频设备依赖性等方面的表现,决定采用VFW作为船舶机舱仪表监测系统的视频采集方式,利用VFW软件开发包对流式数据处理的支持,实现了实时动态画面显不。2.在采集视频图像时,本系统采用多线程编程技术,在对帧图像进行处理的同时实现视频监控画面的流畅显示。在对视频流进行帧图像采集时,为满足视频采集的实时性和高效性,采用直接内存存储,为后面图像处理打下了良好的基础。3.在图像预处理方面,系统对彩色图像进行了灰度处理。考虑到机舱环境和仪表指针图像的特点,为尽量保证得到完整的图像信号和边缘信息,通过比较不同算法的优缺点,采用中值滤波对灰度图像进行噪声消除,用Ostu方法对图像进行二值化处理。同时,为能够快速、准确地识别出图像中指针直线的角度,还对图像进行了细化。4.为识别指针角度,本文分析和比较了几种指针直线检测方法。考虑到监控系统的稳定性、快速性和准确性,经过综合考虑,选择了Hough变换。文中不仅对Hough变换的原理进行了说明,还对改进的直线Hough变换算法进行了分析研究,最终利用MHT较好地完成了图像指针直线的提取及角度识别。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本文课题来源及其意义
• 1.2 本文课题研究背景
• 1.2.1 视频监控的发展
• 1.2.2 指针仪表识别技术
• 1.3 本文结构
• 第2章 船舶机舱仪表监测系统总体设计
• 2.1 系统硬件组成
• 2.2 系统软件设计
• 第3章 船舶机舱仪表图像采集
• 3.1 VFW技术背景及体系结构
• 3.1.1 多媒体控制接口MCI
• 3.1.2 VFW技术特点
• 3.1.3 VFW体系结构
• 3.2 VFW视频捕获模块AVICap
• 3.2.1 AVICap编程基础
• 3.2.2 AVICap窗口类的几种函数类型
• 3.3 多线程编程技术
• 3.4 视频流数据的实时采集
• 第4章 船舶机舱仪表图像预处理
• 4.1 图像灰度处理
• 4.1.1 RGB颜色空间
• 4.1.2 归一化处理
• 4.2 图像滤波
• 4.2.1 领域平均
• 4.2.2 中值滤波
• 4.3 图像二值化
• 4.3.1 Ostu方法
• 4.3.2 最佳熵自动门限法
• 4.3.3 2-Mode方法
• 4.3.4 迭代法
• 4.4 图像细化
• 第5章 船舶机舱仪表图像指针识别
• 5.1 模式识别理论基础
• 5.2 仪表指针检测方法
• 5.3 Hough变换
• 5.3.1 Hough变换基本原理
• 5.3.2 Hough变换的算法实现及改进
• 总结与展望
• 参考文献
• 附录A 系统硬软件实物图片
• 附录B 部分程序代码
• 致谢
• 研究生履历