计算机视觉识别技术在压力表检定中的应用

介绍一种智能化视觉识别检定装置，在遵循现行技术文件的前提下，将计算机视觉识别技术在压力表自动检定中进行应用，并对关键技术进行了特征提取、分析和比较。以促进视觉识别技术在计量检校中的广泛应用。

0.引言

一般压力表是指以弹性元件为敏感元件的计量器具，由于压力表具有安装简便、价格低廉、适应性强等优点，在热力管网、油气传输、供水供气系统、车辆维修保养厂店等领域广泛使用。作为一项常规检定项目，各级法定计量检定机构也都会优先建立压力表的计量标准，以保证我国压力量值传递的一致性和准确性，压力表检定工作也通常是各级机构工作量较大的项目之一。

由于压力测量的特性，压力表也经常会用于各种涉及安全的场合，因此，我国将压力表列人了《中华人民共和国强制检定的工作计量器具明细目录》。与压力表相关的检定规程有JJG52—2013《弹性元件式一般压力表、压力真空表和真空表》和JJG49—2013《弹性元件式精密压力表和真空表》，分别用于检定一般压力表、压力真空表、真空表及精密压力表和真空表，这两种压力表均为指针式压力表。

压力表常规的检定方法是采用标准器示值与被检表示值直接比较的方式，其过程是使用造压装置同时给标准器和被检表加压，在加压至检定点时，通过人工读数方式同时读取标准表和被检表的读数，得出示值误差。这种检定方式具有效率低下、人员读数容易出现偏差等问题。因此，国内外的压力表检定装置厂商一直在尝试开发压力表自动检定装置，以计算机视觉识别技术来解决压力表自动检定难题。

1.计算机视觉识别技术在压力表检定中的应用

近十年，随着计算机技术的飞速发展，计算机视觉识别技术也被越来越多的应用到传统计量工作中。通过该项技术的应用，可替代检定员的人眼读数操作，降低人员读数误差，提高工作效率，具有十分积极的现实意义。

计算机视觉识别技术在检校工作中的应用主要分为两个方向：一是对阿拉伯数字的识别，如对出租车计价器的识别等二是对传统模拟仪表的识别，如压力表、百分表等。

对于指针式压力表这类模拟指示器具，由于其指示值是以指针对表盘的相对位置来体现的，在识别上就会存在一些问题，如:如何识别指针位置并判断其指示的压力值非整点指示值的估读等。

目前，国内已有厂家研制出了基于计算机视觉识别技术的压力表自动检定装置，实现的方法与计算机视觉识别的鉢流程一致，即:使用计算机视觉系统在每个检定点(包括零点卿，对拍摄的图像进行处理，通过软件对指针位置进行识别，得到各检定点指示的压力值，将得到的压力值与标准值比较得到误差。

下面我们就以某品牌的压力表自动检定视觉识别装置为例，对采用计算机视觉识别系统进行压力表检定的过程进行分解，使读者能够更清楚的了解到计算机视觉识别技术的应用原理及实现方法。

1.1检定系统的软硬件组成

1)硬件部分

硬件部分非常简单，主体为两只不同口径的碗形扣件（扣件内带有有摄像头），以适应不同大小的压力表配件为两根USB传输线。硬件组成如图1。

硬件部分的作用为拍摄检定时的表盘图像，其主要构成为以CCD为感光元件的摄像头。

2)软件部分

压力表自动检定视觉识别装置所需配置软件如图2所示。软件部分的主程序使用C#编写，使用MySQL数据库储存检定数据，使用FastReport出具证书。

1.2检定过程

将压力表安装在造压装置上，根据压力表尺寸选择相应的碗形扣件，并将扣件固定在压力表的正面位置，拧紧顶部固定螺栓使用USB连接线将扣件后部接口与电脑连接。

启动检定主程序，即图2中所示的“压力表检测”，登录后界面如图3所示。

可以看到，被检表的图像已显示在界面右上方的第一个方格内。录人基本信息，如压力表生产厂家、编号、量程等，录人完成后即可开始检定。

按照JJG52—2013的规定对压力表进行检定，步骤如下：

1)检定前先使用“零点拍照”功能保存压力表零点状态图片2)使用造压装置对压力表加压，在每次达到检定压力点时，点击“拍照”按钮保存当前检定点图像3)轻敲压力表后再点击“拍照”4)重复步骤2)和步骤3)，直至完成所有检定点的检定

5)点击“保存报表”，完成检定过程6)点击“打印检定记录”和“打印检定证书”即可得到本次检定的原始记录及证书。

1.3实现方法解析

压力表自动检定过程实现的基本原理如下：

该系统首先将表盘刻度的示值部分认定为一个270。的弧形，弧度范围从225。到-45。，且各检定点及刻度均勻分布于这个圆弧上。通过计算机对圆心位置、指针位置和刻度位置的采集和识别，通过Hough变换确定指针位置的真实指示值，从而实现压力表的读数自动识别。

下面对该自动检定系统在各个环节的实现方法做简要解析：

1）计算机视觉（图像采集）

图像采集部分由摄像头、凸透镜、碗形扣件（内含光源）组成。

摄像头:选用CCD图像传感器作为感光元件，可直接将光学信号转换为模拟电流信号，电流信号经过放大和模数转换，实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。其显著特点是:a.体积小重量轻；b.功耗小、工作电压低、抗冲击与震动、性能稳定、寿命长c.灵敏度高、噪声低、动态范围大d.响应速度快，有自扫描功能，图像畸变小，无残像。

凸透镜:在摄像头的前端增加了一个凸透镜，经过凸透镜的汇聚后，摄像头采集到的图像大小基本保持一致，且可以实现更精细的估读。

碗形扣件:碗形扣件的使用可以保证摄像头中心位置与表盘中心位置对齐，防止由于摄像头拍摄角度不同导致的误差。

在使用该系统进行检定时，每当需要进行读数操作(如加压至检定点，轻敲压力表后等）时，均要进行一次拍照操作，就是用拍照操作代替了人眼读数的过程，即实现了计算机视觉代替人眼识别。

2）图像处理

在进行图像识别之前，必须对图像进行处理，才能较为方便和清晰的实现图像识别功能。图像处理通常分为以下两个步骤：

第一步:图像预处理

由摄像头直接拍摄得到的图像很容易受到各种噪声的干扰，使获得的图像质量退化，因此，在进行识别前必须对采集到的图像进行预处理。图像预处理又分为:首先图像噪声去除，使用滤波器去除图像中的噪声，降低图像识别难度然后，对图像进行边缘检测，以使图像的轮廓突出，以便更有效地提取图像特征；最后，使用Hough变换来检测压力表的指针和边缘。

第二步:图像二值化

经过前面的预处理步骤后，图像已被处理为多灰度级的图像，再对图像进行二值化处理，使其变成只有两个灰度级的图像，将图像中的指针和刻度明显的标识出来，方便后面的识别过程。

3）识别

识别的过程包含:确定表盘圆心，使用Hough变换确定表盘的圆心位置，以保证后续的指针定位准确确定指针位置，使用Hough变换获取指针位置根据指针位置得到压力表的指示值。

4）读数计算

根据压力表检定规程的规定进行相应计算，得到各项误差值，并判断合格与否。

2.结语

在现在的技术条件下，使用计算机视觉识别技术开发压力表(模拟指示仪表）自动检校系统时，各高校或仪器研发厂商基本都是采用前文介绍的原理作为基本方法，细节上可能会有微小差别，但整体设计思路基本一致。

随着计算机技术和微电子工业的飞速发展，计算机视觉识别技术在计量检校工作中将会有着越来越广阔的应用前景，相信在不久的将来，神经网络和深度学习技术将会应用到我们的日常检校工作中，计算机视觉识别系统将会给我们的日常检校工作带来巨大的变化。