数显仪表（共4篇）
数显仪表 篇1
全电子数显组合仪表是传统汽车机械式指针仪表的换代产品, 它将引导汽车走进电子高科技时代。顺应了汽车仪表电子化、数字化、智能化发展的需要, 使汽车更加安全、先进、舒适、方便、豪华, 提高了汽车档次。汽车电子化程度的高低已成为衡量汽车现代化水平的重要标志。
全电子数显组合仪表的基本原理是:采用单片机技术对整个汽车的工作仪表进行控制和管理, 用模/数转换器进行信号的数字量化处理, 数字存储技术进行汽车状态数据的存储, 数字扫描驱动显示来降低整机的功耗和延长期间寿命, 数字信号切换进行不同状态的显示, 其最终目的是以数字显示替代机械仪表的指针指示。新技术内容有:单片机技术、传感器技术、扫描数显技术、计算机控制技术、光机电一体化等新技术。
数显仪表 篇2
单相有功功率/无功功率/功率因素/三相平衡功率测量显示控制仪
单相有功电能/单相无功电能/单相视在电能
三相交流电压/电流/工频周波测量显示控制仪
三相有功功率/无功功率/功率因素/总功率测量显示控制仪
三相有功电能/三相无功电能/三相视在电能
LED三相电量集中显示控制仪
本产品全部采用工业级元器件，所有与外界的连接都做了充分的电气隔离，内置抗雷击保护电路和电源滤波器。专业的EMC设计，对装置输入电源、模拟和数字电源进行实时的监测，保证了其运行的可靠性。
整体外观流线形设计，体积小而轻，改变以往老式电量仪表长而笨重的缺点。设计面板采用PC材料设计，按键为轻触开关按键，前盖防水等级为IP54等级。
强大的输入、输出保护，根据测量过程中负载的变化，可及时对过载、欠载、断相、不平衡、阻塞、堵转、起动超时、外部故障现象做出保护响应。
灵活方便的接线方式;高精度的测量和计量，采样时间跟随系统的频率变化而变化，实时调整数据的采样时间间隔，保证在基频偏离工频50Hz很大的情况下准确计算出当时系统的基波分量和谐波分量。
针对测量和计量功能，配置电能脉冲输出和通信接口;采用标准MODBUS RTU通信协议，可组网实现数据的集中管理。
数显仪表 篇3
关键词：图像预处理,数显仪表,pH/离子计自动检定仪
0 引言
由于数显仪表的直观读数性, 目前广泛的应用于电力﹑石油﹑化工﹑医疗等各个行业中的测量系统中。根据国家规定, 每年国家计量检定机构都要对《计量法》指定要求的计量检定/校准的仪器仪表进行计量检定。前些年, 大部分的仪表检定工作一般都是先由人工对数显仪表进行记录, 然后根据记录值对控制对象进行控制。不但浪费大量的人力﹑物力, 而且期间由于人的主观原因或外界环境因素引起的随机误差较大。在一些环境恶劣的条件下强辐射﹑有毒﹑高温﹑低温 (例如医用辐射源钴60环境下检测剂量计读数) , 不适合用人工的方式对仪表示值进行读数, 就需要以自动的仪表读数识别系统来代替人工读数。这样, 不仅可以减少人为主观因素所造成的读数误差, 而且还可以消除人工在现场操作的危险性。因此, 研究数显仪表的自动识别技术是有巨大的实用意义的。
仪表检定校验新方法一直是计量领域研究的热点课题之一。目前标准源及其控制技术相对成熟, 在解决仪表校验过程中存在的诸多问题时, 例如何减少人工操作误差和提高检定效率等, 其中仪表示值的自动识别也是关键研究点之一。近几年, 随着国内科学技术水平的提高, 部分计量机构在数显仪表检定/校准装置使用中也配备了自动识别系统, 但总体而言适用范围较窄, 部分仪表的检测精度不高。
1 数显仪表自动识别研究现状
数显仪表显示字符的计算机自动识别属于模式识别﹑智能控制和数字图像处理等领域, 是一门涉及数字﹑计算机科学﹑自动化技术和电子工程技术的边缘学科。早在二十年代, 德国科学家Taushek提出光学字符识别OCR概念。五十年代, 开始对印刷体 (自然体) 字符识别的研究, 出现了一些应用软件, 其识别率难以满足飞速发展的工业自动化需要。八十年代后期, 字符快速识别成为可能。九十年代初, 大量的OCR方面的论文和系统见诸于世, 以及车牌识别系统的初步成型。现今字符识别技术随着计算机技术和人工智能研究的发展而逐步趋向成熟, 并在票据识别﹑代码识别﹑计算机自动录入﹑车牌识别等很多方面取得了广泛应用。同国外相比, 我国在OCR技术方面研究起步较晚。目前常用的数字识别方法主要有:基于结构特征的方法﹑模板匹配法﹑基于模糊理论的识别方法﹑人工神经网络方法等。国内比较好的产品主要有汉王OCR数据加工, 清华文通TH-OCR软件等, 所有的这些研究为数字仪表显示的数字字符的识别提供了理论上的指导。许多文献资料也提供了相关的识别技术的方法。例如文献[1]就对数显仪表字符动态识别系统的研究进行叙述。文献[2]-[5]描述了各种图像处理算法在数显仪表显示字符识别中的应用及改造。文献[6]中对七段码数字显示仪表以未点亮数码管委特征构造分类器识别。
2 数显仪表的自动识别检测技术应用实例———p H计自动检定仪的设计基本原理
p H/离子计一般采用液晶或者LED数码管显示数值, 在检定的时候需要人眼去读数并记录检定数据, 检定一台p H计或离子计要近百个检定数据, 人工读数比较容易出差错。PC电脑型p H计自动检定仪, 利用CCD代替人眼读数, 将CCD摄入的图像传输到计算机, 计算机再进行图像处理, 自动识别p H (酸度) 计或离子计的显示值, 实现检定数据的自动采集, 从而达到自动进行数据处理、自动出具检定结果的目标。
该检定装置主要由虚拟仪器软件、液晶触摸屏计算机、CCD成像系统、信号发生器和计算机接口电路组成 (检定仪总体框图见图1) 。该检定仪有三种工作方式, 一种是手工操作方式, 用户通过计算机中的虚拟仪器界面, 控制调节标准信号发生器发出各种模拟p H/离子计传感器的标准电位信号, 可按常规仪表方式操作和检定, 或用于被检仪器自动检定前的校准。第二种半自动检定方式, 通过检定原始数据表格界面, 自动选择检定点, 输出该检定点的标准信号, 被检p H/离子计在接受到标准信号后, 通过人眼观察, 通过微调标准器信号, 使被检p H/离子计的示值调到与检定点一致, 按确认键将检定仪的标准信号读数自动输入计算机, 计算机将自动进行数据处理、自动进行检定结果准确度判断。 (也可人工记录读数, 自动处理数据。) 第三种方式是自动检定方式, 虚拟仪器按照国家检定规程规定的检定点, 通过设计的自动程序控制标准信号发生器发出各种模拟p H/离子计传感器的标准电位信号, 通过CCD成像系统, 自动采集和识别p H/离子计读数, 并自动记录被检器的检定数据, 自动进行数据处理和检定结果准确度判断。
本文就针对该检定装置的图像识别部分进行研究分析:
◇图像采集模块
图像采集模块负责与工业相机进行底层的交互, 通过USB把工业相机拍摄的图像采集到系统中来。图像数据获取采用多线程方式, 图像分辨率可达1280×1024。
◇图像处理、识别模块
系统采集、识别的对象是酸度计 (或离子计) 的液晶或数码管, 大多数酸度计 (或离子计) 的液晶或数码管采用八段的显示结构 (见图2) , 可显示的字符种类有0-9、负号和小数点12种字符。
根据以上特点我们提出了一套针对仪表数字显示特征的快速识别算法, 包括图像的二值化、图像倾斜度校正、字符分割、特征提取与识别等步骤。
采集到的图像如图3所示。
誗二值化
图像的二值化关键是阈值分割, Otsu方法 (大律方法) 是经典的非参数、无监督自适应阈值选取方法。它利用图像中的灰度直方图, 以目标与背景之间的方差最大来动态地确定图像分割门限值, 它不需要其他先验知识, 因而应用范围很广。
该方法的基本思想如下:
设一维离散概率密度的归一化直方图为:
式中, n为图像的像素总数, nq是灰度级为rq的像素数目, L是图像的灰度等级。现随机选定一个灰度阈值k, 它把图像灰度级分成两类:C0为一组灰度级为[0, 1, …, k-1]的像素, C1为另一组灰度级为[k, k+1, …, L-1]的像素。类间方差定义为:
之后搜索遍历所有的灰度等级, 当符合最大化类间方差准则:
时, 对应的K即为所要求的阈值。利用该方法二值化后的图像效果如图4所示。
誗分割
采集到的图像包括多个数字, 识别只能根据每个字符的特征来进行判断, 所以要进行字符分割的步骤。
首先从上到下逐行扫描直到遇到第一个黑色像素点, 即找到了图像中数字区域的上边界。然后从下到上逐行扫描直到遇到第一个黑色像素点, 即找到了图像中数字区域的下边界。在上下边界之内, 从左到右逐列进行扫描, 遇到第一个黑色像素点则是图像中第一个数字的左边界, 遇到没有黑色像素那列, 则是第一个数字的右边界。然后继续扫描知道找出所有的数字。分割后的图像效果如图5所示。
誗特征提取与识别
从“0”、“1”到“9”, “.”, “-”十二个字符的结构可以看出, 除“1”和“.”外, 其他字符的结构的宽高比都在30%以上, 如果发现宽高比小于30%, 则可判断是“1”或“.”。在对“1”和“.”进行判断, 宽高比对于50%的是“.”, 小于50%的是“1”。“0”到“9”, “-”的判断可根据图6的黑色部分A-G的情况进行判断。
3 结论
本文以简述数显仪表自动识别技术的研究现状和本院研制的PC电脑型p H计自动检定仪 (图像识别部分) 的原理作为实例研究, 为数显仪表自动识别技术应用做了事例表述。总体而言, 数显仪表的自动识别检测技术还存在许多技术上的问题, 高效精确﹑性价比高﹑高兼容性﹑可扩展性﹑可靠的商品化系统设备还有待于进一步研究开发。由于其自身应用非常广泛, 国家计量机构每年又需要计量检定/校准大量的数显仪表。一旦数显仪表自动识别技术成熟化, 将产生巨大的经济效益, 并能大大的降低测试人员和生产操作人员的劳动强度和人为因素造成的测量不确定性和危险性, 对保证仪表检定的精确可靠和提高整体计量检定效率等方面具有重要的现实意义。对于数显仪表, 根据其特点及应用需求, 如何找到一种数字识别方法, 使其计算量小, 识别率高, 仍然是一项非常有意义的研究工作。
参考文献
[1]申小阳, 唐轶峻, 姜柏军, 等.仪表的数字字符识别系统[J].仪表技术与传感器, 2005 (6) :55-57.
[2]张海波, 段会川, 谢术富, 等.一种数字仪表显示值识别的预处理算法[J].计算机应用研究, 2005 (2) :240-242.
[3]陈松, 姚伯威.模式识别技术在仪器仪表数字显示系统上的应用[J].中国测试技术, 2005, 31 (2) :73-74.
[4]申小阳, 惰成华.数字仪表动态显示字符的计算机自动识别[D].浙江工业大学, 2004, 1.
[5]张海波, 段会川, 张曙光, 等.一种数字仪表显示值快速识别方法[J].计算机工程与应用, 2005, 4:223-226.
数显仪表 篇4
矿用数显电测量仪表是指以晶体管或液晶屏作为显示载体的电量测量仪表,在煤矿生产、电量监控中被广泛应用[1]。矿用数显电测量仪表检测分为显示质量检测与精度检测两部分。通常,矿用数显电测量仪表开机时,会依序自动显示全显信号、仪表型号等信息[2,3],根据全显信息可以判断仪表显示是否正常。进行仪表精度检测时,将仪表显示值与输入信号进行对比,判断电信号测量误差是否满足国家标准或者企业规定的要求。目前,国内煤矿企业对煤矿数显电测量仪表的安全检测工作主要依靠人工检测。人工检测的自动化程度较低,劳动强度大,受主观因素影响较大,而且无法保存检测图像数据[4,5]。鉴此,本文采用图像处理和识别技术,设计了基于机器视觉的矿用数显电测量仪表检测系统。
1 系统总体设计
1.1 系统硬件设计
人工检测仪表时,检测人员通过肉眼观察仪表的开机过程,来确认仪表显示是否符合要求,再进行精度检测[6]。基于机器视觉的矿用电测量仪表检测系统将采用摄像头代替人眼,计算机代替人脑来完成仪表的检定。系统硬件部分主要由计算机、工业相机、串口控制继电器、仪表供电电源、程控标准源等组成,其结构如图1所示。
计算机通过并口、PCI总线和串口分别与工业相机和程控标准源及供电电源连接。由于电测量仪表显示器本身发光,所以外界光源影响较小,无需添加辅助光源。当计算机控制工业相机开始录像时,计算机通过控制串口控制继电器接通仪表的供电电源,使仪表自动开机。仪表开机完毕后,计算机控制工业相机停止录制,保存仪表开机录像,检测所需的数据采集是否完成。进行精度检测时,计算机控制标准测试电源加载测试信号,并通过工业相机采集图像,对显示结果进行识别。
1.2 系统检测流程
通过控制仪表电源获得开机视频后,系统对视频的每一帧进行分析,找出仪表开机时显示的全显帧,采用模板匹配的方法检测仪表显示是否符合要求,然后通过输入精度检测信号进行精度检测,最后保存检测数据。具体检测流程如图2所示,图像处理流程如图3所示。
2 系统检测原理
2.1 开机关键帧图像获取
开机视频可以分解为不同帧的图像。对于每一帧图像,系统将分通道处理,二值化每一个像素点,然后统计亮点的个数。以一个开机显示2路信号的电压表为例,统计亮点数的变化规律,如图4所示,开机图像如图5所示。开机瞬间,亮点数增加,之后仪表进入一个稳定的过程,即状态2,其对应的图像如图5中的状态2。第1个显示信号稳定一段时间后,仪表开始切换到第2个信号点并在一段时间内保持稳定,对应的图像为图5中的状态3。仪表完成开机后,切换到正常零输出状态,开机结束。
根据图4的规律,可以通过信号的亮点数和亮点数阶跃点来判断整段视频中哪几幅图像帧是开机检测需要的图像。当阶跃的数量达到一定数值时,系统判定仪表状态发生变化,仪表显示进入另一个状态;当阶跃数量小于所设值时,系统判定为所在状态得到保持。通过这种方法,系统得到每一种状态的帧数及所保持的时间,并通过去除时间较短的状态以去除干扰。统计同一状态的亮点数量的平均值,找出最接近亮点数平均值的图像帧为所在状态的最稳当点。
由于工业相机分辨率高,统计关键帧亮点数的时间较长,所以在实际使用时需要对其进行优化。这里使用了2种优化策略。首先,因为亮点统计规律与分辨率无关,所以可通过压缩图片、降低分辨率来加快关键帧获取速度。其次,仪表开机时不同状态会持续一定时间,同一个状态会采集到数帧相同的图像。因此,可采用跳跃统计图像帧的方式统计所有帧,以缩减检测时间。
2.2 仪表图像定位
在获取到开机关键帧原始图像后,为了消除因图像错位产生的误差,需要对图像进行定位预处理。将较小的标准模板作为参考,在输入模板中寻找相对性的相似度最高的模块,使标准模板可以在空间上进行定位。模板匹配算法主要有基于灰度的模板匹配、基于几何特征模板匹配和特征加权模板匹配[7]。本文使用算法较简单、速度较快的基于灰度的模板匹配定位方法。模板匹配示意和结果如图6和图7所示,从匹配数组中划分和标准模板大小相同的子数组,与标准模板相减取绝对值,并且进行累加。不同子数组的计算结果组成大小为(M-m)(N-n)的新数组,其中M,N为匹配数组大小,m,n为模板数组大小。新数组中最小值就是与模板相识度最高的子模块,如式(1)所示。
式中:d(i,j)为最佳匹配子模块;(i,j)为像素点的坐标;S(i,j)为与模板大小一样的子模块数组;T(i,j)为模板数组。
2.3 显示质量检测
寻找到最佳模板之后,系统需要对图像进行检测识别,判断仪表是否符合开机要求。将匹配到的最佳模板与标准模板相减,计算绝对值,组成差异化图像数组。将差异化图像数组进行二值化滤波,消除因光线等外界因素产生的微小偏差。检测二值化后的差异化图像数组的联通模块,将因为位置偏差等因素造成的小模块去除,保留面积较大的模块。最后通过检测差异化图像数组是否存在面积大的模块来识别图像是否和标准模板一致,如图8所示。
2.4 仪表精度检测
电测量仪表精度检测图像采用边缘检测进行显示数字的提取,将图像进行膨胀,把每个数字作为一个联通域进行切割。数字图像提取出来后,采用穿线法进行数字字符的识别,如图9所示。其中w为数字图像宽度,h为高度。穿线法通过ABCDEFG七条线段穿过图像,检测是否经过线段,经过为1,不经过为0。对识别到的编码采用表1进行转换,得到识别数字。得到数字识别结果后,将其与仪表输入进行比对,计算精度误差,并根据数据库信息进行精度检定。
3 实验结果分析
采用2 592×1 944高分辨率工业相机和i7-4710MQ CPU计算机,基于OPENCV和C++平台搭建软件系统。样机在仪表生产厂家进行了实验运行,结果表明,该系统能够实现相关矿用数显电测量仪表的显示质量检测和精度检测。
3.1 显示质量实验结果
在仪表生产厂家录制15帧/s的开机录像用于检测显示质量。实验时,分别对数码管与液晶面板两类仪表进行了测试,均得到满意的结果。对于合格仪表,液晶仪表的实验结果见图8,数码管仪表结果与之类似。对于安全质量不合格的仪表样本,数码管仪表开机过程中获取到的全显信号关键帧与标准模板匹配,识别出了仪表显示存在缺段的质量问题,如图10所示。
通过压缩图像加速和跳跃采集对仪表信息关键帧获取进行优化,使整个检测时间缩短,结果如图11所示。系统优化后,在分辨率高时有较大的速度提升;当分辨率低时,提升空间较小,提升效果依然存在,但不明显。
3.2 精度检测实验结果
样机系统通过比对识别出的数字与输入数值,检测电测量仪表精度是否满足安全质量要求。本系统测试了10种类型100多个电测量仪表,包括电压表、电流表、电能表,其中有液晶显示和数码管显示的数显仪表测试结果表明,系统能够检测出精度不达标的电测量仪表。
4 结语
针对煤矿数显电测量仪表的安全检测,基于机器视觉技术,设计了煤矿用数显电测量仪表检测系统。该系统采用了计算机控制、机器视觉分析的方法,实现了煤矿电测量仪表显示质量检测和测量精度检测,自动化程度较高。工业样机实验结果验证了该系统的可行性。
摘要：针对人工核定煤矿数显电测量仪表时存在的检测效率低、劳动强度大、受人主观因素影响等弊端,设计了基于机器视觉的煤矿数显仪表自动检测系统。该系统通过控制数显电测量仪表上电全显示与相机录像获取开机过程,使用亮点统计方式识别全显帧,采用模板匹配完成仪表显示质量的自动判定,并通过穿线法字符识别自动判定其测量精度。工业样机实验结果验证了该系统的有效性。
关键词：数显电测量仪表,仪表检测,机器视觉
参考文献
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[4]陈蓉,杨慕升,张宇,等.基于机器视觉的仪表自动检定系统的研究[C]//中国仪器仪表学会青年学术会议,黄山,2007.
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[6]李栋,杨志家.基于机器视觉的指针仪表识读方法[J].仪表技术与传感器,2012(10):31-33.