指针式仪表自动读数系统的研究与实现开题报告

三、文献综述（或调研报告）

近年来，随着科学技术的进步，许多新兴的技术不断的产生与发展，机器视觉技术也随着图像处理等技术的发展而逐渐产生，而且发展很快。近些年来，世界范围内涌现了许多的专门从事机器视觉技术的公司,有许多的公司得到了很好的利润。现阶段，国内的机器视觉技术虽然刚起步不长的时间，但是，也有几家公司在这方面取得了不错的成绩，并且发展的速度也很快。所谓的机器视觉是以通过处理图像达到类似于人眼的视觉的效果，提高工作效率减轻人的工作负担，为最终目的。相比于人类的视觉，首先机器视觉不会出现疲劳现象，而且机器视觉识别的精度可以比人眼的识别的精度还要高一些。目前，很多领域中都出现了机器视觉技术的影子，这也体现出了机器视觉技术的研究价值。主要应用的领域有:医学领域、工业检测领域、监控管理、航天领域等。当机器视觉技术应用于工业检测领域时，可以实现工业生产线在线检测数据的自动读取，提高读数的准确性，有效减轻人的负担，及时准确的发现问题、解决问题。

进入21世纪后，电子类的仪表应用的越来越多，准确度更高的数字式仪表大有取代传统的指针式仪表的趋势。但是,数字式的仪表在某些情况下不能使用,对环境的适应性比较差，比如，在读数快速变化的时候就不适合使用了，而且，相比于指针式仪表来说,数字仪表价格相对较高,大批量的购买成本会上升很多。指针式仪表则可以适用于很多的场合，环境因素对其约束相对来说不大。除此之外，指针式仪表还有许多其他的优点，比如，抗干扰性强，防尘，防水等，因此我们国家的许多行业中，尤其是那些严禁易燃易爆的场合，比如电力、石油、化工等，指针式仪表仍然是首选，在环境恶劣的场合,根本无法使用数字式的仪表。在一般的工厂中，指针式的仪表数量大、种类多，这些仪表的读数十分的麻烦，而且工作量很大，工作效率很低。传统上人们是检定指针式仪表的方法是人工判读，但是这种判别方法会受到许多人为因素的干扰，比如人的观测仪表角度、疲劳强度以及观测的距离，具有工作强度大，误差率大等缺点，不能实现仪表读数与检测的自动化。每个仪表都需要依靠人来瞄准，每个仪表的操作也需要依靠人来完成，这种方式的工作量大，效率低为了缩短检测的时间，有效减轻工作人员工作强度，提高检测工作的自动化水平，设计工业生产线在线检测数据数字化处理系统是很有必要的。利用机器视觉技术，可以实现仪表图像的采集、识别以及仪表数据的读取，而整个设计的关键就在于如何用图像识别的方式识别仪表，读取数据。

工业生产线在线监测数据的数字化处理系统的设计的核心是使用图像识别的方法识别仪表,指针式仪表的读数识别研究起步相对来说较晚，1994年，sablatnig 等人提出了利用hough 变换来检测指针式仪表的读数的方法^[1]。1995年，韩国的Kyong-Ho Kim 等人成功的实现了对核装置数字表的图像分割，采用的方法是区域划分和阈值法，最终采取一系列的措施，建立一个完全自动化仪表识别系统^[2]。Correa Alegria等人完成了利用机器视觉技术对指针式仪表的检定，整个过程为，首先使用摄像头采集图像，然后采用减影法处理图像，保存图像，然后利用霍夫变换检测直线，识别指针，并且读出指针的角度然，最后，根据指针角度通过计算，得到指针的读数^[3]。设计一个飞机座舱仪表读数的识别系统，这个系统首先进行图像二值化，主要运用的小波变换来提取指针及刻度，并且成功的去除了光线以及各种外部噪声对整个读数系统的影响，检测出指针和刻度后，找到仪表圆心，测量出指针的角度，找到指针角度与读数的关系，并成功读取数据，这个系统的识别精度很高，完全高于人眼的识别，而且成功实现了在线测试。周洪和钟明慧成功的实现了指针式的仪表的数据的自动读取。这种读数方法突破了距离的限制，可以远距离的通过读取到仪表的读书，而且读数准确，延迟也很小，可以在线测试，整个系统的安装也很简单，而且成本也很低，对于一些危险场合的仪表读数具有重要的现实意义^[4]。2007年，杨晓敏等人设计了一种新的识别方法，这种方法的原理与车牌识别的远离非常相似模，是一种高斯混合模型识别方法^[5]。何智杰等人设计了一种新的仪表读数的识别方法，这种新方法特别适合精度很高的指针仪表,这个方法中主要运用了霍夫变换和中心投影分析法，这种方法可以实现刻度的全自动识别，而且.还提高了识别的精度和速度^[6]。

自动识别技术将计算机、光、电、通信和网络技术融为一体,与互联网、移动通信等技术相结合,实现了全球范围内物品的跟踪与信息的共享,从而给物体赋予智能,实现人与物体及物体与物体之间的沟通和对话^[7]。利用摄像头对图片信息进行采集，再通过无线影音传输器将采集的信息传输至电脑，通过分析自动识别出事物^[8]。而指针式仪表识别技术关键在于图像校正、圆形表盘轮廓检测、指针线检测和角度计算的设计与研究^[9]。对于大多数的指针式仪表，尤其是准确度比较高的仪表的检验，仍然需要通过人来实现，这其中夹杂了许多的人为因素，不同的人对于同一个仪表可能会读出不同的数据，对于准确度比较高的仪表，会有比较大的误差率，而且人会出现视觉疲劳，增加了数值被读错的可能性，造成人为的误差。所以，设计一种能自动读取指针式仪表读数的系统，就可以大大减少人的工作量﹐降低工作的强度，提高读数的准确性，提高工作效率。工业设备能耗参数指标体系建立后，通过计算机就可以清楚的了解到各设备的能耗情况以及工作状态及时准确的发现问题，这样可以减少能源的消耗，优化能源结构，提高能源利用率，提高生产效率，具有良好的经济效益和社会效益。

此次将设计一种对试验表格图像进行表格线检测和单元格定位的通用算法;实现基于Web的表格图像数据自动录入。本实验通过研究表格线检测与单元格定位算法。研究图像预处理算法,对扫描或拍照得到的原始表格图像进行预处理,图像校正,然后使用基于参数自适应动态调整的Hough变换算法和二次单元格定位方法对处理后的表格图像进行表格线检测和单元格定位^[10]；自动录入系统实现。基于图像的表格识别算法设计了一套基于Web的试验数据自动录入系统,并将其应用于电力绝缘子试验数据管理。输入拍照或扫描所得的相应试验表格图像,对其进行表格线检测与单元格定位提取,然后对单元格内试验数据进行识别,自动录入识别结果至系统相应试验表格中。

本系统最终将所有识别算法集成到MFC应用程序,并根据指针式仪表校验规则,该程序采用模块化设计,主要包括三个模块:注册模块、识别模块和分析记录模块。通过图像处理算法识别的压力表示值与数字精密仪表读数的比较分析,生成压力表的校验报告^[11]。

【参考文献】

[1].Sablatnig,Robert,Kropatsch,Walter...tomatic.eading ofAnalogDisplayInstruments.Conference on Pattern Recognition,1994,1: 794-797.

[2].Kyong-Ho Kim，Sung-Li Chen，Yong-Bum Lee，Jong Min Lee. A Study on Analog andDigital Meter Recognition Basedon Image Processing Technique. Journal of theKorean Institute of elematicsand Eleatronics，1995,9(32):79-94.

[3].Lei Xu et al --A new curve detection method:Randomized Hough Transform.(RHT) [J]. PatternRecognition,1990.

[4].周洪，钟明慧.工业过程显示的数字处理与视频传输.仪表仪表学报(增刊)，2003,4(24):359-361.57

[5].杨晓敏，何小海，吴炜等.基于高斯混合模型的车辆字符识别算法.光电子激光，2007,4:487-490.

[6].何智杰，张彬，金连文﹒高精度指针仪表白动读数识别方法ton．计算机辅助工程﹐2006,15(3): 9-18.

[7].自动识别技术;北方建筑;2020年06期

[8].曹力;;自动识别技术在图书馆信息化管理中的应用;2018年23期

[9].韩绍超 徐遵义; 《计算机科学》; 2018年S1期 期刊

[10]. 李运生，张志佳;《现代电子技术》; 2018年15期 期刊

[11]. 万吉林 王慧芳;《电网技术》 ;2020年08期 期刊