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一種全自動(dòng)攝像式水表檢定系統(tǒng)及其工作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于儀表檢定【技術(shù)領(lǐng)域】，提供一種基于圖像處理技術(shù)的全自動(dòng)攝像式水表檢定系統(tǒng)及其工作方法，該系統(tǒng)包括圖像采集裝置、水流控制裝置和控制臺(tái)，采用計(jì)算機(jī)控制檢定操作，當(dāng)水流量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)數(shù)毫秒內(nèi)關(guān)閉閥門，實(shí)時(shí)記錄水表指針轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的讀數(shù)與流水量，并通過Hough變換過濾掉誤差點(diǎn)，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)8倍于人工檢定的效率，以及高于人工的檢定準(zhǔn)確率。
【專利說明】一種全自動(dòng)攝像式水表檢定系統(tǒng)及其工作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于儀表檢定【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于圖像處理技術(shù)的全自動(dòng)攝像式水表檢定系統(tǒng)及其工作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水表檢定是水表出廠前由水表生產(chǎn)廠家進(jìn)行的用與檢測水表是否合格的一種操作。
[0003]傳統(tǒng)的水表檢定方法是利用人工開關(guān)閥門，通過肉眼觀察水表讀數(shù)與儲(chǔ)水罐中水的體積來計(jì)算水表誤差。
[0004]傳統(tǒng)的人工進(jìn)行水表檢定方法存在以下弊端:
I)效率低:通常一名檢定員只能操作兩個(gè)檢定臺(tái)，每個(gè)檢定臺(tái)有數(shù)個(gè)表位，檢定員需要步行查看并記錄各個(gè)表的讀數(shù)及開關(guān)閥門等操作，檢定一套水表需要花費(fèi)較多時(shí)間。
[0005]2)誤差大:由于是純?nèi)斯げ僮鳎?dāng)儲(chǔ)水罐達(dá)到預(yù)定體積后員工再關(guān)閉閥門，由于人工操作存在較大的時(shí)延，所以會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。另外，由于水表檢定操作比較單調(diào)，缺乏有效監(jiān)管，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)檢定員漏檢或者錯(cuò)檢。
[0006]3)操作繁瑣:檢定員需要完成讀水表讀數(shù)、讀儲(chǔ)水罐讀數(shù)、記錄、開關(guān)閥門、計(jì)算誤差等一系列操作，操作太繁瑣。
[0007]綜上所述，鑒于傳統(tǒng)的水表檢定操作存在的缺陷，開發(fā)全自動(dòng)水表檢定裝置具有重要的意義和推廣應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有水表檢定操作的不足，提供一種全自動(dòng)攝像式水表檢定系統(tǒng)及其工作方法，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)8倍于人工檢定的效率，以及高于人工的檢定準(zhǔn)確率。
[0009]本發(fā)明的發(fā)明目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0010]一種全自動(dòng)攝像式水表檢定系統(tǒng)，包括圖像采集裝置、水流控制裝置和控制臺(tái)。
[0011]所述圖像采集裝置，用于獲取水表表盤的圖像數(shù)據(jù)；圖像采集裝置包括攝像機(jī)、傳輸線及固定裝置，使用時(shí)將攝像機(jī)通過固定裝置固定于水表正上方，攝像機(jī)通過傳輸線與控制臺(tái)連接，將拍攝的圖像傳至控制臺(tái)。
[0012]所述水流控制裝置，用于控制水流大小及水流閥門的開關(guān)；水流控制裝置包括儲(chǔ)水罐、與水管相連的電磁閥、控制電磁閥的串口繼電器、稱取儲(chǔ)水罐質(zhì)量的串口稱重器，所述串口稱重器和串口繼電器與控制臺(tái)連接，串口稱重器將稱取的儲(chǔ)水罐的質(zhì)量讀數(shù)傳至控制臺(tái)。
[0013]所述控制臺(tái)，用于控制串口繼電器、獲取串口稱重器讀數(shù)、處理攝像機(jī)傳來的圖像數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)各接收數(shù)據(jù)；控制臺(tái)為一臺(tái)至少包含兩個(gè)串口的計(jì)算機(jī)。
[0014]本發(fā)明還提供了一種全自動(dòng)攝像式水表檢定系統(tǒng)的工作方法，該方法包括以下步驟:(1)檢定員將待檢定水表安裝到檢定臺(tái)上，根據(jù)待檢定水表的型號(hào)選擇樣板水表照片，選擇指針類型，控制臺(tái)分別制作該樣板水表的各個(gè)指針指向各個(gè)讀數(shù)時(shí)的水表模板圖片及其配置文件，該模板配置文件中包含樣表指針形狀代碼、指針回轉(zhuǎn)中心在圖片中的坐標(biāo)、表盤中心在圖片中的坐標(biāo)等信息；在控制臺(tái)上點(diǎn)擊開始檢定按鈕，控制臺(tái)啟動(dòng)檢定程序；
(2)控制臺(tái)向攝像機(jī)發(fā)出控制信號(hào)控制攝像機(jī)拍攝各個(gè)水表的表盤圖像并傳輸至控制臺(tái)，控制臺(tái)獲取水表的初始讀數(shù)，同時(shí)控制臺(tái)通過串口稱重器獲取儲(chǔ)水罐質(zhì)量讀數(shù)；
(3)控制臺(tái)向串口繼電器發(fā)出控制信號(hào)控制其打開水管的電磁閥，儲(chǔ)水罐開始儲(chǔ)水，在水表通水轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，通過攝像機(jī)和串口稱重器實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前水表讀數(shù)與儲(chǔ)水罐質(zhì)量，當(dāng)儲(chǔ)水罐質(zhì)量差達(dá)到設(shè)定值后控制臺(tái)發(fā)出控制信號(hào)關(guān)閉電磁閥；
(4)控制臺(tái)通過上述步驟獲取的水表讀數(shù)與儲(chǔ)水罐質(zhì)量數(shù)據(jù)計(jì)算水表誤差，并存入數(shù)據(jù)庫。
[0015]在上述技術(shù)方案中，所述控制臺(tái)獲取水表讀數(shù)的流程如下:
第一步，控制攝像機(jī)拍照，拍攝各個(gè)水表的表盤圖像并回傳至控制臺(tái)；
第二步，對(duì)實(shí)時(shí)獲取的水表表盤圖像進(jìn)行預(yù)處理，利用像素RGB值三個(gè)分量的比例關(guān)系識(shí)別出各個(gè)指針?biāo)谙袼兀?br> 第三步，將經(jīng)步驟二處理后的圖像經(jīng)過開、閉運(yùn)算，每個(gè)指針?biāo)诘倪B通域坐標(biāo)與模板配置文件中的樣表指針坐標(biāo)做比較，得出連通域與指針的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
第四步，利用模板圖片依次對(duì)每個(gè)指針進(jìn)行模板匹配操作，分別得出各個(gè)指針讀數(shù)，再綜合得出實(shí)時(shí)待檢定水表讀數(shù)。
在上述技術(shù)方案中，所述控制臺(tái)計(jì)算水表誤差的流程如下:
第一步，建立直角坐標(biāo)系，橫軸為拍攝水表圖像時(shí)所對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)水罐質(zhì)量，縱軸為水表讀
數(shù)；
第二步，將水表通水過程中獲取的每張圖片所對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)水罐質(zhì)量和水表讀數(shù)錄入上述坐標(biāo)系，形成一系列坐標(biāo)點(diǎn)；
第三步，每一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)都對(duì)應(yīng)著一組通過該點(diǎn)的直線，如通過點(diǎn)!?)的直線方程可表示為p^acos0+bsm Θ
其中P為原點(diǎn)到直線的距離，θ為直線的傾角，通過計(jì)算經(jīng)過每個(gè)像素點(diǎn)的直線組，就可以在圖像中找到一條包含像素點(diǎn)最多的直線，
在Hough變換操作中,Hough數(shù)組用來記錄通過每個(gè)像素點(diǎn)的直線數(shù)目，將數(shù)組表示為一張方格圖，方格圖的X軸共有xcell個(gè)小格，y軸共有ycell隔小格，Hough數(shù)組的大小為HoiighSize^ xcell x ycell
X軸每個(gè)小格代表的每次采樣直線所經(jīng)過的角度間隔大小為 AnglePerCell = i xcell
方格圖的I軸表示原點(diǎn)到目標(biāo)直線的距離，每個(gè)小格代表的距離大小為1，
從圖像的左下角，按照從左到右、從下到上的順序進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，對(duì)于每個(gè)掃描到的坐標(biāo)點(diǎn)按照斜率從minAngle到maxAngle每次加1，進(jìn)行如下運(yùn)算
d = c ο s (AngkPerCell x angM) x i + sin( AngiePerCeil x angle) x jHough[xcell x (ycell — l)+rf x xcell + angle] + +
其中￥是對(duì)J進(jìn)行取整操作后所得，angle為當(dāng)前運(yùn)算的角度，i和j分別為當(dāng)前坐標(biāo)點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)，
接 下來遍歷Hough數(shù)組，按照數(shù)組值的大小找出得票最多的直線，則可獲得直線的方
程，設(shè)此直線方程式為y = Ax+ ? ,其中Jc為斜率，則當(dāng)前水表的誤差為I〗- M。
[0016]本發(fā)明全自動(dòng)攝像式水表檢定系統(tǒng)及其工作方法，具有如下優(yōu)點(diǎn):
(I)操作簡單:檢定員只需要安裝水表到檢定臺(tái)，然后在控制臺(tái)點(diǎn)擊開始檢定即可自動(dòng)完成檢定操作，并將檢定結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫方便查閱。
[0017](2)準(zhǔn)確度高:采用計(jì)算機(jī)控制檢定操作，當(dāng)水流量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)時(shí)數(shù)毫秒內(nèi)關(guān)閉閥門。實(shí)時(shí)記錄水表指針轉(zhuǎn)動(dòng)過程中的讀數(shù)與流水量，并通過Hough變換過濾掉誤差點(diǎn)，相比人工檢定大大提高檢定準(zhǔn)確度。
[0018](3)效率高:一個(gè)檢定員可以控制多臺(tái)檢定臺(tái),裝好表后點(diǎn)擊開始檢定即可操作另一部檢定臺(tái)，極大提高檢定效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明全自動(dòng)攝像式水表檢定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖及工作方法流程圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供一種全自動(dòng)攝像式水表檢定系統(tǒng)，包括圖像采集裝置、水流控制裝置和控制臺(tái)。
[0022]所述圖像采集裝置，用于獲取水表表盤的圖像數(shù)據(jù)；圖像采集裝置包括攝像機(jī)、傳輸線及固定裝置，使用時(shí)將攝像機(jī)通過固定裝置固定于水表正上方，攝像機(jī)通過傳輸線與控制臺(tái)連接，將拍攝的圖像傳至控制臺(tái)。
[0023]所述水流控制裝置，用于控制水流大小及水流閥門的開關(guān)；水流控制裝置包括儲(chǔ)水罐、與水管相連的電磁閥、控制電磁閥的串口繼電器、稱取儲(chǔ)水罐質(zhì)量的串口稱重器，所述串口稱重器和串口繼電器與控制臺(tái)連接，串口稱重器將稱取的儲(chǔ)水罐的質(zhì)量讀數(shù)傳至控制臺(tái)。
[0024]所述控制臺(tái)，用于控制串口繼電器、獲取串口稱重器讀數(shù)、處理攝像機(jī)傳來的圖像數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)各接收數(shù)據(jù)；控制臺(tái)為一臺(tái)至少包含兩個(gè)串口的計(jì)算機(jī)。
[0025]上述實(shí)施例還提供一種全自動(dòng)攝像式水表檢定系統(tǒng)的工作方法，該方法包括以下步驟:
(I)檢定員將待檢定水表安裝到檢定臺(tái)上，根據(jù)待檢定水表的型號(hào)選擇樣板水表照片，選擇指針類型，控制臺(tái)分別制作該樣板水表的各個(gè)指針指向各個(gè)讀數(shù)時(shí)的水表模板圖片及其配置文件，該模板配置文件中包含樣表指針形狀代碼、指針回轉(zhuǎn)中心在圖片中的坐標(biāo)、表盤中心在圖片中的坐標(biāo)等信息；例如水表有紅、藍(lán)兩個(gè)指針，則控制臺(tái)分別制作紅色指針指向表盤各個(gè)刻度時(shí)的水表模板圖片以及藍(lán)色指針指向表盤各個(gè)刻度時(shí)的水表模板圖片并對(duì)每個(gè)模板圖片進(jìn)行編號(hào)；在控制臺(tái)上點(diǎn)擊開始檢定按鈕，控制臺(tái)啟動(dòng)檢定程序；(2)控制臺(tái)向攝像機(jī)發(fā)出控制信號(hào)控制攝像機(jī)拍攝各個(gè)水表的表盤圖像并傳輸至控制臺(tái)，控制臺(tái)獲取水表的初始讀數(shù)，同時(shí)控制臺(tái)通過串口稱重器獲取儲(chǔ)水罐質(zhì)量讀數(shù)；
(3)控制臺(tái)控制串口繼電器打開水管電磁閥，串口稱重器將儲(chǔ)水罐的質(zhì)量時(shí)時(shí)傳回控制臺(tái)，與此同時(shí)，攝像機(jī)連續(xù)拍攝水表圖像并傳回控制臺(tái)識(shí)別出指針讀數(shù)，每張圖像對(duì)應(yīng)一個(gè)儲(chǔ)水罐質(zhì)量；
(4)當(dāng)儲(chǔ)水罐質(zhì)量達(dá)到預(yù)定值，控制臺(tái)控制串口繼電器關(guān)閉水管電磁閥；
(5)建立直角坐標(biāo)系，橫軸為水表圖像拍攝時(shí)所對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)水罐質(zhì)量，縱軸為水表讀數(shù)，將獲取到的指針讀數(shù)和對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)水罐質(zhì)量作為坐標(biāo)值在坐標(biāo)系中標(biāo)記；
(6)利用Hough變換求出上述坐標(biāo)系中包含坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)目最多的直線，通過該直線的斜率求出當(dāng)前水表的誤差。
[0026]在上述實(shí)施例中，控制臺(tái)獲取水表讀數(shù)的流程如下:
第一步，控制攝像機(jī)拍照，拍攝各個(gè)水表的表盤圖像照片并回傳至控制臺(tái)；此實(shí)施例中待檢定水表指針分別為紅、藍(lán)指針。
[0027]第二步，紅色像素區(qū)域識(shí)別。在紅色指針區(qū)域的像素的紅色分量要比藍(lán)色和綠色分量值高，且紅色分量和藍(lán)色或者綠色分量之間的差值會(huì)隨著光照的強(qiáng)弱變化而發(fā)生明顯的變化，但是紅色分量與藍(lán)色分量和綠色分量的比值變化沒有差值變化那么明顯，所以我們可以利用這一點(diǎn)識(shí)別出有效像素。
[0028]掃描整個(gè)表盤圖像圖片，對(duì)每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行如下運(yùn)算:
【權(quán)利要求】
1.一種全自動(dòng)攝像式水表檢定系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括圖像采集裝置、水流控制裝置和控制臺(tái)； 所述圖像采集裝置，用于獲取水表表盤的圖像數(shù)據(jù)；圖像采集裝置包括攝像機(jī)、傳輸線及固定裝置，使用時(shí)將攝像機(jī)通過固定裝置固定于水表正上方，攝像機(jī)通過傳輸線與控制臺(tái)連接，將拍攝的圖像傳至控制臺(tái)； 所述水流控制裝置，用于控制水流大小及水流閥門的開關(guān)；水流控制裝置包括儲(chǔ)水罐、與水管相連的電磁閥、控制電磁閥的串口繼電器、稱取儲(chǔ)水罐質(zhì)量的串口稱重器，所述串口稱重器和串口繼電器與控制臺(tái)連接，串口稱重器將稱取的儲(chǔ)水罐的質(zhì)量讀數(shù)傳至控制臺(tái)； 所述控制臺(tái)，用于控制串口繼電器、獲取串口稱重器讀數(shù)、處理攝像機(jī)傳來的圖像數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)各接收數(shù)據(jù)；控制臺(tái)為一臺(tái)至少包含兩個(gè)串口的計(jì)算機(jī)。
2.一種如權(quán)利要求1所述的全自動(dòng)攝像式水表檢定系統(tǒng)的工作方法，其特征在于該方法包括以下步驟: (1)檢定員將待檢定水表安裝到檢定臺(tái)上，根據(jù)待檢定水表的型號(hào)選擇樣板水表照片，選擇指針類型，控制臺(tái)根據(jù)樣板水表照片、指針類型分別制作該樣板水表的各個(gè)指針指向各個(gè)讀數(shù)時(shí)的水表模板圖片及其配置文件，該模板配置文件中包含樣表指針形狀代碼、指針回轉(zhuǎn)中心在圖片中的坐標(biāo)、表盤中心在圖片中的坐標(biāo)信息；在控制臺(tái)上點(diǎn)擊開始檢定按鈕，控制臺(tái)啟動(dòng)檢定程序； (2)控制臺(tái)向攝像機(jī)發(fā)出控制信號(hào)控制攝像機(jī)拍攝各個(gè)水表的表盤圖像并傳輸至控制臺(tái)，控制臺(tái)獲取水表的初始讀數(shù)，同時(shí)控制臺(tái)通過串口稱重器獲取儲(chǔ)水罐質(zhì)量讀數(shù)； (3)控制臺(tái)向串口繼電器發(fā)出控制信號(hào)控制其打開水管的電磁閥，儲(chǔ)水罐開始儲(chǔ)水，在水表通水轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，通過攝像機(jī)和串口稱重器實(shí)時(shí)獲取當(dāng)前水表讀數(shù)與儲(chǔ)水罐質(zhì)量，當(dāng)儲(chǔ)水罐質(zhì)量差達(dá)到設(shè)定值后控制臺(tái)發(fā)出控制信號(hào)關(guān)閉電磁閥； (4)控制臺(tái)通過上述步驟獲取的水表讀數(shù)與儲(chǔ)水罐質(zhì)量數(shù)據(jù)計(jì)算水表誤差，并存入數(shù)據(jù)庫。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全自動(dòng)攝像式水表檢定系統(tǒng)的工作方法，其特征在于控制臺(tái)獲取水表讀數(shù)的流程如下: 第一步，控制攝像機(jī)拍照，拍攝各個(gè)水表的表盤圖像并回傳至控制臺(tái)； 第二步，對(duì)實(shí)時(shí)獲取的水表表盤圖像進(jìn)行預(yù)處理，利用像素RGB值三個(gè)分量的比例關(guān)系識(shí)別出各個(gè)指針?biāo)谙袼兀? 第三步，將經(jīng)步驟二處理后的圖像再進(jìn)行開、閉運(yùn)算，每個(gè)指針?biāo)诘倪B通域坐標(biāo)與模板配置文件中的樣表指針坐標(biāo)做比較，得出連通域與指針的對(duì)應(yīng)關(guān)系； 第四步，利用模板圖片依次對(duì)每個(gè)指針進(jìn)行模板匹配操作，分別得出各個(gè)指針讀數(shù)，再綜合得出實(shí)時(shí)待檢定水表讀數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全自動(dòng)攝像式水表檢定系統(tǒng)的工作方法，其特征在于控制臺(tái)計(jì)算水表誤差的流程如下: 第一步，建立直角坐標(biāo)系，橫軸為拍攝水表圖像時(shí)所對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)水罐質(zhì)量，縱軸為水表讀數(shù)； 第二步，將水表通水過程中獲取的每張圖片所對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)水罐質(zhì)量和水表讀數(shù)錄入上述坐標(biāo)系，形成一系列坐標(biāo)點(diǎn)；第三步，每一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)都對(duì)應(yīng)著一組通過該點(diǎn)的直線，如通過點(diǎn)請(qǐng)的直線方程可表示為p = acos5+iJsin Θ 其中P為原點(diǎn)到直線的距離，Θ為直線的傾角，通過計(jì)算經(jīng)過每個(gè)像素點(diǎn)的直線組，就可以在圖像中找到一條包含像素點(diǎn)最多的直線， 在Hough變換操作中,Hough數(shù)組用來記錄通過每個(gè)像素點(diǎn)的直線數(shù)目，將數(shù)組表示為一張方格圖，方格圖的χ軸共有xcell個(gè)小格，y軸共有ycell隔小格，Hough數(shù)組的大小為HoughSize= xcell x ycell X軸每個(gè)小格代表的每次采樣直線所經(jīng)過的角度間隔大小為 AnglePerCell = xcell 方格圖的I軸表示原點(diǎn)到目標(biāo)直線的距離，每個(gè)小格代表的距離大小為1， 從圖像的左下角，按照從左到右、從下到上的順序進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，對(duì)于每個(gè)掃描到的坐標(biāo)點(diǎn)按照斜率從minAngle到maxAngle每次加1，進(jìn)行如下運(yùn)算d: c ο s (AnglePerCell x angle) x i + sm( AnglePerCell x angle) x j
Hough[xcell x (ycellx xceii+angle] + + 其中rf'是對(duì)進(jìn)行取整操作后所得，angle為當(dāng)前運(yùn)算的角度，i和j分別為當(dāng)前坐標(biāo)點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)， 接下來遍歷Hough數(shù)組，按照數(shù)組值的大小找出得票最多的直線，則可獲得直線的方程，設(shè)此直線方程式為y =kx+b，其中Jr為斜率，則當(dāng)前水表的誤差為|l_k|。
【文檔編號(hào)】G01F25/00GK103954334SQ201410173558
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】姚華雄, 李乾坤, 李揚(yáng), 熊婷, 羅小強(qiáng) 申請(qǐng)人:華中師范大學(xué)