模拟仪表毕设论文讲解Word文件下载.docx

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14070102

学号

2011040701057

姓名

郑祎伊

指导教师

徐涛

负责教师

徐涛

沈阳航空航天大学

2015年6月

摘要

随着时代发展，各类工业对于自动化水平以及机器智能化程度的要求不断提高，在这样的时代要求下，数字图像处理技术已经渐渐引入电力系统自动化中来，同时成为越来越重要的组成部分。

在电力工业中，指针式仪表仍然由于其精度高，读取容易，可调控等优点占有大量比重。

但是由于指针式仪表显示不同于数字信号，无法被计算机读取。

在数据记录和指针校准时都是通过人工读取的方式进行，由于人为等外界不可避免的因素，导致读数精度不高，波动性大，这就大大降低了数据读取的准确性。

故如何利用计算机图像技术对指针式仪表进行自动判读已经成为一个迫切的问题。

尤其是在进行读数校正时。

本论文主要研究的是计算机图像采集以及其相关技术，实现一种基于OpenCV的模拟指针仪表读数识别的系统。

首先利用CMOS摄像头读取指针式仪表表盘图像，接下来对采集图像进行图像预处理，以便能更好的识别指针读数，最后采用边缘检测和霍夫变换以及相关角度算法，实现指针式仪表的读数的识别和显示记录。

在上述算法研究的基础上，利用的是MicrosoftVC++6.0开发平台和OpenCV1.0的视觉库联合编程的方式，同时设计了指针式仪表读数自动识别系统的整体软件，实现了指针读数识别这一功能，在进行相关实验时，达到了设定的要求。

关键词：

霍夫变化；

图像处理；

指针识别

AnalogmeterpointerreadingrecognitionsystemdesignbasedonOpenCV

Abstract

Withthedevelopmentofthetimes,forvarioustypesofindustrialautomationandmachineintelligencelevelrequirementscontinuetoincrease,toachievethiserarequires,digitalimageprocessingtechnologyhasbeengraduallyintroducedintothepowersystemautomationinthepast,becominganimportantpartofincreasinglyatthesametime.

Inthepowerindustry,thepointerinstrumentstillimportantduetoitshighaccuracy,easytoread,adjustable,etc.occupylargeproportion.However,duetopointerinstrumentdisplayisdifferentfromthedigitalsignals,itcan’tbereadbyacomputer.Whenthedatarecordingandpointercalibrationareconductedbyhuman-readableway,inevitableduetohumanandotherexternalfactors,leadingtoreadaccuracyisnothigh,largefluctuations,whichgreatlyreducestheaccuracyofthedatarecord.Therefore,howtousecomputergraphicstechnologyforautomaticinterpretationofthepointerinstrumenthasbecomeapressingissue.Especiallyduringthereadingcorrection.

Inthisthesis,wearetalkaboutacomputerimagecaptureanditsassociatedtechnology,basedonOpenCVanalogpointerinstrumentreadingsrecognitionsystem.FirstlyCMOScamerareadsthemeterdialpointerimage,thenextimagepre-processingoftheacquiredimageinordertobetteridentifypointerread.Finally,edgedetectionandHoughtransformandtherelevantanglealgorithm,pointerinstrumentreadingsidentificationanddisplayrecords.

BasedontheabovealgorithmtheuseoftheMicrosoftVC++6.0developmentplatformandavisuallibraryOpenCV1.0jointprogrammingapproach,whilethedesignoftheoverallsoftwarepointermeterreadingsautomaticidentificationsystemtoachievefunctionofrecognitionpointerrecognize,duringexperiments,reachestotheinnitialrequirements.

Keywords:

Houghchange;

imageprocessing;

pointeridentification

1绪论

首先介绍指针式仪表读数识别系统的研究目的和现实意义，展示了计算机图像处理技术的发展对于工业检测，工业生产的重要作用。

其次，表明课题的研究意义，同时描述课题的研究现状以及国内外发展情况，以强调研究指针式仪表识别系统的重要性。

1.1课题的提出及研究意义

由于指针式仪表构造简单，使用方便，价格低廉。

因此指针式仪表在工业生产中的应用非常普遍，不仅类型繁多，而且产量也非常巨大。

尽管数字式仪表具有高精度，易读性好等特点，但是指针式仪表可以直观的反映出当前测量值变化范围以及变化趋势，并且价格优势明显，故这些指针式测量仪器在工业生产中发挥着不可替代的作用。

1.1.1.课题的提出

仪表生产企业以及相关检定部门，需要在工业生产的过程中对仪表误差进行定期检测，以确保仪表符合国家质量规定，为正常生产做出保证。

但是目前为止，多数工业生产中还在使用传统的人工检定方法进行检定，这类方法对检测人员提出了很高的要求，需要同时瞄准，读数，记录数据等多项工作，而且受操作员个人经验，水平以及外界因素等影响，存在着低效率高强度，可靠性差等问题。

因此，对于我国现阶段所普遍通行的传统检定方法，尽快开发出一种针对指针式仪表的快速检定系统，利用数字图像处理技术，对指针的视觉信号进行处理，完成图像的采集，转换与存储，并定位指针以及计算读数等，同时利用计算机系统实现自动检测一体化，将大大提高我国的仪表生产和检定的水平和效率。

1.1.2.课题的研究意义

对于指针式仪表的精度以及质量检测是一个典型的强度大，重复性高的检定过程。

由于其简单的操作，检定工作容易在在一定环境中进行检测，因此为指针式仪表识别系统的自动化提供了广阔的前景。

由于指针式仪表的人工检定效率非常低且误差大，需要提出新的仪表鉴定系统。

此时利用计算机的数字图像处理技术，完成指针读数检定以及识别功能，对于不同仪表进行甄别筛选，以提高生产效率，减少人工消耗，降低生产成本，这对我国的工业水平会产生一个促进作用。

1.2课题研究背景及现状

应用数字图像处理技术对指针式仪表读数进行识别和检定在国内外都早有先例，而且方法种类繁多，研究水平也比较成熟，德国、美国等公司已经研制出指针式仪表自动检定系统，可快速准确的对仪表读数进行识别与分析。

但是价格颇贵，在国内前景并不被看好，同时也有产权方面的问题，故国内自主研究是将来的必然趋势。

目前国内，指针式仪表图像识别的研究最先是由哈工大的李铁桥教授等开始的，研究方向是关于压力表读数的识别；

而之后关于多刻度盘水表的读数识别系统是由武汉工业大学的王三武教授等展开的等等；

还有对于汽车仪表，飞行器仪表等识别方案的设计和研究。

现阶段，国内使用的最多的是光电法对指针式仪表进行读数识别检测，出发信号通过光电效应产生并被计算机接收，因此可获得检测时刻的指针的具体位置，最后经过对比后确定仪表读数。

但是该方法稳定性不佳。

但仪表的检测、校正在我国有着巨大又广阔的前景，故大力开展相关方面的研究，追赶国外技术，是我国目前发展的必然趋势。

1.3论文的主要工作

本论文的研究目的，是应用计算机数字图像处理技术对指针式仪表的读数进行识别，并研究出一种可以代替人工检定的可行性的方案。

最终实现指针式仪表的图像采集、预处理、读数判别，并进行数据记录和操作员信息录入等功能。

主要研究内容：

1.指针式仪表识别系统的总设计；

2.图像采集系统的和软件开发平台的调试；

3.指针式仪表表盘的处理和读数识别算法的设计；

4.实验数据分析和相关误差分析。

2模拟仪表指针识别系统的设计

本论文设计的模拟仪表指针识别系统以软件部分为主体，采用硬件外连设备的方式进行图像采集。

2.1硬件部分

采用罗技C310CMOS摄像头，像素为500万，分辨率达1280*720，接口为usb2.0，支持Windows7，WindowsVista，WindowsXP等系统，对焦方式为自动对焦，这就为表盘的读取提供了良好的视觉效果。

罗技C310摄像头拍照和摄像功能都非常强大，画面分辨率高且清晰，同时具备降噪能力强，较少的画面拖影效果，稳定的图像性等优点。

即使使用很长的时间也不会对图像质量和声音清晰度产生影响,另外摄像头可以根据环境的光线明暗自动调节图象明暗的能力，使图像更加清晰，个人比较中意这个功能，因此解决了其他摄像图像过亮或过暗的问题。

同时，图像采集格式为RGB格式，通过驱动直接与电脑相连进行图像采集和调试，在摄像头运行的过程中，采集视频为彩色图像，直接被OpenCV的camera采集程序调用画面后完成一次采集过程。

2.1.1指针式仪表图像采集环境

指针式仪表的硬件主要有，罗技C310摄像头，计算机一台，通信usb接口，待检测的表盘构成。

在图像的采集过程中，摄像头和被检测指针位置需要相对固定以减小误差，位置的每一次变动都会造成采集图像的变形和误差，同时对外界环境如光线和背景的控制要求也颇高，每次条件的变化都会对采集到的图像产生很大的影响，故本文讨论的是，在摄像头无偏移的情况下，对摄像头采集到的指针式图像进行研究。

2.2软件部分

2.2.1软件系统分析

软件设计采用的操作系统和软件开发平台：

操作系统采用Win7；

编译器采用VisualC++。

视觉库采用OpenCV。

OpenCV是一个开源的计算机视觉库，采用C/C++语言编写。

OpenCV的设计目标是执行速度尽量快，主要关注实时应用。

由于采用