介紹一種智能化視覺識別檢定裝置，在遵循現(xiàn)行技術(shù)文件的前提下，將計算機視覺識別技術(shù)在壓力表自動檢定中進(jìn)行應(yīng)用，并對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了特征提取、分析和比較。以促進(jìn)視覺識別技術(shù)在計量檢校中的廣泛應(yīng)用。

0.引言

一般壓力表是指以彈性元件為敏感元件的計量器具，由于壓力表具有安裝簡便、價格低廉、適應(yīng)性強等優(yōu)點，在熱力管網(wǎng)、油氣傳輸、供水供氣系統(tǒng)、車輛維修保養(yǎng)廠店等領(lǐng)域廣泛使用。作為一項常規(guī)檢定項目，各級法定計量檢定機構(gòu)也都會優(yōu)先建立壓力表的計量標(biāo)準(zhǔn)，以保證我國壓力量值傳遞的一致性和準(zhǔn)確性，壓力表檢定工作也通常是各級機構(gòu)工作量較大的項目之一。

由于壓力測量的特性，壓力表也經(jīng)常會用于各種涉及安全的場合，因此，我國將壓力表列人了《中華人民共和國強制檢定的工作計量器具明細(xì)目錄》。與壓力表相關(guān)的檢定規(guī)程有JJG52—2013《彈性元件式一般壓力表、壓力真空表和真空表》和JJG49—2013《彈性元件式精密壓力表和真空表》，分別用于檢定一般壓力表、壓力真空表、真空表及精密壓力表和真空表，這兩種壓力表均為指針式壓力表。

壓力表常規(guī)的檢定方法是采用標(biāo)準(zhǔn)器示值與被檢表示值直接比較的方式，其過程是使用造壓裝置同時給標(biāo)準(zhǔn)器和被檢表加壓，在加壓至檢定點時，通過人工讀數(shù)方式同時讀取標(biāo)準(zhǔn)表和被檢表的讀數(shù)，得出示值誤差。這種檢定方式具有效率低下、人員讀數(shù)容易出現(xiàn)偏差等問題。因此，國內(nèi)外的壓力表檢定裝置廠商一直在嘗試開發(fā)壓力表自動檢定裝置，以計算機視覺識別技術(shù)來解決壓力表自動檢定難題。

1.計算機視覺識別技術(shù)在壓力表檢定中的應(yīng)用

近十年，隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機視覺識別技術(shù)也被越來越多的應(yīng)用到傳統(tǒng)計量工作中。通過該項技術(shù)的應(yīng)用，可替代檢定員的人眼讀數(shù)操作，降低人員讀數(shù)誤差，提高工作效率，具有十分積極的現(xiàn)實意義。

計算機視覺識別技術(shù)在檢校工作中的應(yīng)用主要分為兩個方向：一是對阿拉伯?dāng)?shù)字的識別，如對出租車計價器的識別等二是對傳統(tǒng)模擬儀表的識別，如壓力表、百分表等。

對于指針式壓力表這類模擬指示器具，由于其指示值是以指針對表盤的相對位置來體現(xiàn)的，在識別上就會存在一些問題，如:如何識別指針位置并判斷其指示的壓力值非整點指示值的估讀等。

目前，國內(nèi)已有廠家研制出了基于計算機視覺識別技術(shù)的壓力表自動檢定裝置，實現(xiàn)的方法與計算機視覺識別的鉢流程一致，即:使用計算機視覺系統(tǒng)在每個檢定點(包括零點卿，對拍攝的圖像進(jìn)行處理，通過軟件對指針位置進(jìn)行識別，得到各檢定點指示的壓力值，將得到的壓力值與標(biāo)準(zhǔn)值比較得到誤差。

下面我們就以某品牌的壓力表自動檢定視覺識別裝置為例，對采用計算機視覺識別系統(tǒng)進(jìn)行壓力表檢定的過程進(jìn)行分解，使讀者能夠更清楚的了解到計算機視覺識別技術(shù)的應(yīng)用原理及實現(xiàn)方法。

1.1檢定系統(tǒng)的軟硬件組成

1)硬件部分

硬件部分非常簡單，主體為兩只不同口徑的碗形扣件（扣件內(nèi)帶有有攝像頭），以適應(yīng)不同大小的壓力表配件為兩根USB傳輸線。硬件組成如圖1。

硬件部分的作用為拍攝檢定時的表盤圖像，其主要構(gòu)成為以CCD為感光元件的攝像頭。

2)軟件部分

壓力表自動檢定視覺識別裝置所需配置軟件如圖2所示。軟件部分的主程序使用C#編寫，使用MySQL數(shù)據(jù)庫儲存檢定數(shù)據(jù)，使用FastReport出具證書。

1.2檢定過程

將壓力表安裝在造壓裝置上，根據(jù)壓力表尺寸選擇相應(yīng)的碗形扣件，并將扣件固定在壓力表的正面位置，擰緊頂部固定螺栓使用USB連接線將扣件后部接口與電腦連接。

啟動檢定主程序，即圖2中所示的“壓力表檢測”，登錄后界面如圖3所示。

可以看到，被檢表的圖像已顯示在界面右上方的第一個方格內(nèi)。錄人基本信息，如壓力表生產(chǎn)廠家、編號、量程等，錄人完成后即可開始檢定。

按照J(rèn)JG52—2013的規(guī)定對壓力表進(jìn)行檢定，步驟如下：

1)檢定前先使用“零點拍照”功能保存壓力表零點狀態(tài)圖片2)使用造壓裝置對壓力表加壓，在每次達(dá)到檢定壓力點時，點擊“拍照”按鈕保存當(dāng)前檢定點圖像3)輕敲壓力表后再點擊“拍照”4)重復(fù)步驟2)和步驟3)，直至完成所有檢定點的檢定

5)點擊“保存報表”，完成檢定過程6)點擊“打印檢定記錄”和“打印檢定證書”即可得到本次檢定的原始記錄及證書。

1.3實現(xiàn)方法解析

壓力表自動檢定過程實現(xiàn)的基本原理如下：

該系統(tǒng)首先將表盤刻度的示值部分認(rèn)定為一個270。的弧形，弧度范圍從225。到-45。，且各檢定點及刻度均勻分布于這個圓弧上。通過計算機對圓心位置、指針位置和刻度位置的采集和識別，通過Hough變換確定指針位置的真實指示值，從而實現(xiàn)壓力表的讀數(shù)自動識別。

下面對該自動檢定系統(tǒng)在各個環(huán)節(jié)的實現(xiàn)方法做簡要解析：

1）計算機視覺（圖像采集）

圖像采集部分由攝像頭、凸透鏡、碗形扣件（內(nèi)含光源）組成。

攝像頭:選用CCD圖像傳感器作為感光元件，可直接將光學(xué)信號轉(zhuǎn)換為模擬電流信號，電流信號經(jīng)過放大和模數(shù)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)圖像的獲取、存儲、傳輸、處理和復(fù)現(xiàn)。其顯著特點是:a.體積小重量輕；b.功耗小、工作電壓低、抗沖擊與震動、性能穩(wěn)定、壽命長c.靈敏度高、噪聲低、動態(tài)范圍大d.響應(yīng)速度快，有自掃描功能，圖像畸變小，無殘像。

凸透鏡:在攝像頭的前端增加了一個凸透鏡，經(jīng)過凸透鏡的匯聚后，攝像頭采集到的圖像大小基本保持一致，且可以實現(xiàn)更精細(xì)的估讀。

碗形扣件:碗形扣件的使用可以保證攝像頭中心位置與表盤中心位置對齊，防止由于攝像頭拍攝角度不同導(dǎo)致的誤差。

在使用該系統(tǒng)進(jìn)行檢定時，每當(dāng)需要進(jìn)行讀數(shù)操作(如加壓至檢定點，輕敲壓力表后等）時，均要進(jìn)行一次拍照操作，就是用拍照操作代替了人眼讀數(shù)的過程，即實現(xiàn)了計算機視覺代替人眼識別。

2）圖像處理

在進(jìn)行圖像識別之前，必須對圖像進(jìn)行處理，才能較為方便和清晰的實現(xiàn)圖像識別功能。圖像處理通常分為以下兩個步驟：

第一步:圖像預(yù)處理

由攝像頭直接拍攝得到的圖像很容易受到各種噪聲的干擾，使獲得的圖像質(zhì)量退化，因此，在進(jìn)行識別前必須對采集到的圖像進(jìn)行預(yù)處理。圖像預(yù)處理又分為:首先圖像噪聲去除，使用濾波器去除圖像中的噪聲，降低圖像識別難度然后，對圖像進(jìn)行邊緣檢測，以使圖像的輪廓突出，以便更有效地提取圖像特征；最后，使用Hough變換來檢測壓力表的指針和邊緣。

第二步:圖像二值化

經(jīng)過前面的預(yù)處理步驟后，圖像已被處理為多灰度級的圖像，再對圖像進(jìn)行二值化處理，使其變成只有兩個灰度級的圖像，將圖像中的指針和刻度明顯的標(biāo)識出來，方便后面的識別過程。

3）識別

識別的過程包含:確定表盤圓心，使用Hough變換確定表盤的圓心位置，以保證后續(xù)的指針定位準(zhǔn)確確定指針位置，使用Hough變換獲取指針位置根據(jù)指針位置得到壓力表的指示值。

4）讀數(shù)計算

根據(jù)壓力表檢定規(guī)程的規(guī)定進(jìn)行相應(yīng)計算，得到各項誤差值，并判斷合格與否。

2.結(jié)語

在現(xiàn)在的技術(shù)條件下，使用計算機視覺識別技術(shù)開發(fā)壓力表(模擬指示儀表）自動檢校系統(tǒng)時，各高�；騼x器研發(fā)廠商基本都是采用前文介紹的原理作為基本方法，細(xì)節(jié)上可能會有微小差別，但整體設(shè)計思路基本一致。

隨著計算機技術(shù)和微電子工業(yè)的飛速發(fā)展，計算機視覺識別技術(shù)在計量檢校工作中將會有著越來越廣闊的應(yīng)用前景，相信在不久的將來，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)將會應(yīng)用到我們的日常檢校工作中，計算機視覺識別系統(tǒng)將會給我們的日常檢校工作帶來巨大的變化。