一種全自動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，采用計算機控制檢定操作，當水流量達到標準時數(shù)毫秒內(nèi)關(guān)閉閥門，實時記錄水表指針轉(zhuǎn)動過程中的讀數(shù)與流水量，并通過Hough變換過濾掉誤差點，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確率。
【專利說明】一種全自動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)與儲水罐中水的體積來計算水表誤差。
[0004]傳統(tǒng)的人工進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檢定臺，每個檢定臺有數(shù)個表位，檢定員需要步行查看并記錄各個表的讀數(shù)及開關(guān)閥門等操作，檢定一套水表需要花費較多時間。
[0005]2)誤差大:由于是純?nèi)斯げ僮鳎攦λ捱_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延，所以會產(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，有時會出現(xiàn)檢定員漏檢或者錯檢。
[0006]3)操作繁瑣:檢定員需要完成讀水表讀數(shù)、讀儲水罐讀數(shù)、記錄、開關(guān)閥門、計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)全自動水表檢定裝置具有重要的意義和推廣應(yīng)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明針對現(xiàn)有水表檢定操作的不足，提供一種全自動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確率。
[0009]本發(fā)明的發(fā)明目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的。
[0010]一種全自動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。
[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、傳輸線及固定裝置，使用時將攝像機通過固定裝置固定于水表正上方，攝像機通過傳輸線與控制臺連接，將拍攝的圖像傳至控制臺。
[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連接，串口稱重器將稱取的儲水罐的質(zhì)量讀數(shù)傳至控制臺。
[0013]所述控制臺，用于控制串口繼電器、獲取串口稱重器讀數(shù)、處理攝像機傳來的圖像數(shù)據(jù)、存儲各接收數(shù)據(jù)；控制臺為一臺至少包含兩個串口的計算機。
[0014]本發(fā)明還提供了一種全自動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上，根據(jù)待檢定水表的型號選擇樣板水表照片，選擇指針類型，控制臺分別制作該樣板水表的各個指針指向各個讀數(shù)時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、表盤中心在圖片中的坐標等信息；在控制臺上點擊開始檢定按鈕，控制臺啟動檢定程序；
(2)控制臺向攝像機發(fā)出控制信號控制攝像機拍攝各個水表的表盤圖像并傳輸至控制臺，控制臺獲取水表的初始讀數(shù)，同時控制臺通過串口稱重器獲取儲水罐質(zhì)量讀數(shù)；
(3)控制臺向串口繼電器發(fā)出控制信號控制其打開水管的電磁閥，儲水罐開始儲水，在水表通水轉(zhuǎn)動過程中，通過攝像機和串口稱重器實時獲取當前水表讀數(shù)與儲水罐質(zhì)量，當儲水罐質(zhì)量差達到設(shè)定值后控制臺發(fā)出控制信號關(guān)閉電磁閥；
(4)控制臺通過上述步驟獲取的水表讀數(shù)與儲水罐質(zhì)量數(shù)據(jù)計算水表誤差，并存入數(shù)據(jù)庫。
[0015]在上述技術(shù)方案中，所述控制臺獲取水表讀數(shù)的流程如下:
第一步，控制攝像機拍照，拍攝各個水表的表盤圖像并回傳至控制臺；
第二步，對實時獲取的水表表盤圖像進行預(yù)處理，利用像素RGB值三個分量的比例關(guān)系識別出各個指針所在像素；
第三步，將經(jīng)步驟二處理后的圖像經(jīng)過開、閉運算，每個指針所在的連通域坐標與模板配置文件中的樣表指針坐標做比較，得出連通域與指針的對應(yīng)關(guān)系；
第四步，利用模板圖片依次對每個指針進行模板匹配操作，分別得出各個指針讀數(shù)，再綜合得出實時待檢定水表讀數(shù)。
在上述技術(shù)方案中，所述控制臺計算水表誤差的流程如下:
第一步，建立直角坐標系，橫軸為拍攝水表圖像時所對應(yīng)的儲水罐質(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應(yīng)的儲水罐質(zhì)量和水表讀數(shù)錄入上述坐標系，形成一系列坐標點；
第三步，每一個坐標點都對應(yīng)著一組通過該點的直線，如通過點!?)的直線方程可表示為p^acos0+bsm Θ
其中P為原點到直線的距離，θ為直線的傾角，通過計算經(jīng)過每個像素點的直線組，就可以在圖像中找到一條包含像素點最多的直線，
在Hough變換操作中,Hough數(shù)組用來記錄通過每個像素點的直線數(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軸表示原點到目標直線的距離，每個小格代表的距離大小為1，
從圖像的左下角，按照從左到右、從下到上的順序進行逐點掃描，對于每個掃描到的坐標點按照斜率從minAngle到maxAngle每次加1，進行如下運算
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J進行取整操作后所得，angle為當前運算的角度，i和j分別為當前坐標點的橫坐標和縱坐標，
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，則當前水表的誤差為I〗- M。
[0016]本發(fā)明全自動攝像式水表檢定系統(tǒng)及其工作方法，具有如下優(yōu)點:
(I)操作簡單:檢定員只需要安裝水表到檢定臺，然后在控制臺點擊開始檢定即可自動完成檢定操作，并將檢定結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫方便查閱。
[0017](2)準確度高:采用計算機控制檢定操作，當水流量達到標準時數(shù)毫秒內(nèi)關(guān)閉閥門。實時記錄水表指針轉(zhuǎn)動過程中的讀數(shù)與流水量，并通過Hough變換過濾掉誤差點，相比人工檢定大大提高檢定準確度。
[0018](3)效率高:一個檢定員可以控制多臺檢定臺,裝好表后點擊開始檢定即可操作另一部檢定臺，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實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明實施例提供一種全自動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。
[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、傳輸線及固定裝置，使用時將攝像機通過固定裝置固定于水表正上方，攝像機通過傳輸線與控制臺連接，將拍攝的圖像傳至控制臺。
[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連接，串口稱重器將稱取的儲水罐的質(zhì)量讀數(shù)傳至控制臺。
[0024]所述控制臺，用于控制串口繼電器、獲取串口稱重器讀數(shù)、處理攝像機傳來的圖像數(shù)據(jù)、存儲各接收數(shù)據(jù)；控制臺為一臺至少包含兩個串口的計算機。
[0025]上述實施例還提供一種全自動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上，根據(jù)待檢定水表的型號選擇樣板水表照片，選擇指針類型，控制臺分別制作該樣板水表的各個指針指向各個讀數(shù)時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、表盤中心在圖片中的坐標等信息；例如水表有紅、藍兩個指針，則控制臺分別制作紅色指針指向表盤各個刻度時的水表模板圖片以及藍色指針指向表盤各個刻度時的水表模板圖片并對每個模板圖片進行編號；在控制臺上點擊開始檢定按鈕，控制臺啟動檢定程序；(2)控制臺向攝像機發(fā)出控制信號控制攝像機拍攝各個水表的表盤圖像并傳輸至控制臺，控制臺獲取水表的初始讀數(shù)，同時控制臺通過串口稱重器獲取儲水罐質(zhì)量讀數(shù)；
(3)控制臺控制串口繼電器打開水管電磁閥，串口稱重器將儲水罐的質(zhì)量時時傳回控制臺，與此同時，攝像機連續(xù)拍攝水表圖像并傳回控制臺識別出指針讀數(shù)，每張圖像對應(yīng)一個儲水罐質(zhì)量；
(4)當儲水罐質(zhì)量達到預(yù)定值，控制臺控制串口繼電器關(guān)閉水管電磁閥；
(5)建立直角坐標系，橫軸為水表圖像拍攝時所對應(yīng)的儲水罐質(zhì)量，縱軸為水表讀數(shù)，將獲取到的指針讀數(shù)和對應(yīng)的儲水罐質(zhì)量作為坐標值在坐標系中標記；
(6)利用Hough變換求出上述坐標系中包含坐標點數(shù)目最多的直線，通過該直線的斜率求出當前水表的誤差。
[0026]在上述實施例中，控制臺獲取水表讀數(shù)的流程如下:
第一步，控制攝像機拍照，拍攝各個水表的表盤圖像照片并回傳至控制臺；此實施例中待檢定水表指針分別為紅、藍指針。
[0027]第二步，紅色像素區(qū)域識別。在紅色指針區(qū)域的像素的紅色分量要比藍色和綠色分量值高，且紅色分量和藍色或者綠色分量之間的差值會隨著光照的強弱變化而發(fā)生明顯的變化，但是紅色分量與藍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識別出有效像素。
[0028]掃描整個表盤圖像圖片，對每個像素點進行如下運算:
【權(quán)利要求】
1.一種全自動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； 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、傳輸線及固定裝置，使用時將攝像機通過固定裝置固定于水表正上方，攝像機通過傳輸線與控制臺連接，將拍攝的圖像傳至控制臺； 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連接，串口稱重器將稱取的儲水罐的質(zhì)量讀數(shù)傳至控制臺； 所述控制臺，用于控制串口繼電器、獲取串口稱重器讀數(shù)、處理攝像機傳來的圖像數(shù)據(jù)、存儲各接收數(shù)據(jù)；控制臺為一臺至少包含兩個串口的計算機。
2.一種如權(quán)利要求1所述的全自動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上，根據(jù)待檢定水表的型號選擇樣板水表照片，選擇指針類型，控制臺根據(jù)樣板水表照片、指針類型分別制作該樣板水表的各個指針指向各個讀數(shù)時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、表盤中心在圖片中的坐標信息；在控制臺上點擊開始檢定按鈕，控制臺啟動檢定程序； (2)控制臺向攝像機發(fā)出控制信號控制攝像機拍攝各個水表的表盤圖像并傳輸至控制臺，控制臺獲取水表的初始讀數(shù)，同時控制臺通過串口稱重器獲取儲水罐質(zhì)量讀數(shù)； (3)控制臺向串口繼電器發(fā)出控制信號控制其打開水管的電磁閥，儲水罐開始儲水，在水表通水轉(zhuǎn)動過程中，通過攝像機和串口稱重器實時獲取當前水表讀數(shù)與儲水罐質(zhì)量，當儲水罐質(zhì)量差達到設(shè)定值后控制臺發(fā)出控制信號關(guān)閉電磁閥； (4)控制臺通過上述步驟獲取的水表讀數(shù)與儲水罐質(zhì)量數(shù)據(jù)計算水表誤差，并存入數(shù)據(jù)庫。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全自動攝像式水表檢定系統(tǒng)的工作方法，其特征在于控制臺獲取水表讀數(shù)的流程如下: 第一步，控制攝像機拍照，拍攝各個水表的表盤圖像并回傳至控制臺； 第二步，對實時獲取的水表表盤圖像進行預(yù)處理，利用像素RGB值三個分量的比例關(guān)系識別出各個指針所在像素； 第三步，將經(jīng)步驟二處理后的圖像再進行開、閉運算，每個指針所在的連通域坐標與模板配置文件中的樣表指針坐標做比較，得出連通域與指針的對應(yīng)關(guān)系； 第四步，利用模板圖片依次對每個指針進行模板匹配操作，分別得出各個指針讀數(shù)，再綜合得出實時待檢定水表讀數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全自動攝像式水表檢定系統(tǒng)的工作方法，其特征在于控制臺計算水表誤差的流程如下: 第一步，建立直角坐標系，橫軸為拍攝水表圖像時所對應(yīng)的儲水罐質(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應(yīng)的儲水罐質(zhì)量和水表讀數(shù)錄入上述坐標系，形成一系列坐標點；第三步，每一個坐標點都對應(yīng)著一組通過該點的直線，如通過點請的直線方程可表示為p = acos5+iJsin Θ 其中P為原點到直線的距離，Θ為直線的傾角，通過計算經(jīng)過每個像素點的直線組，就可以在圖像中找到一條包含像素點最多的直線， 在Hough變換操作中,Hough數(shù)組用來記錄通過每個像素點的直線數(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軸表示原點到目標直線的距離，每個小格代表的距離大小為1， 從圖像的左下角，按照從左到右、從下到上的順序進行逐點掃描，對于每個掃描到的坐標點按照斜率從minAngle到maxAngle每次加1，進行如下運算d: c ο s (AnglePerCell x angle) x i + sm( AnglePerCell x angle) x j
Hough[xcell x (ycellx xceii+angle] + + 其中rf'是對進行取整操作后所得，angle為當前運算的角度，i和j分別為當前坐標點的橫坐標和縱坐標， 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，則當前水表的誤差為|l_k|。
【文檔編號】G01F25/00GK103954334SQ201410173558
【公開日】2014年7月30日 申請日期: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, 熊婷, 羅小強 申請人:華中師范大學(xué)