水银温度计视觉检定系统中的数字图像处理技术研究

　　0　引言

　　水银温度计是最重要最常见的一种温度计,它广泛应用于工业、农业、科研等部门,是最常用的测温仪器。为保证测量数据的准确可靠,使用前和使用中的温度计都需要检定,玻璃液体温度计检定规程确立的检定或校准方法是:将待检的温度计和高一等级的标准温度计同时放在恒温槽中,通过对比各支温度计的读数来判断被检温度计的示值误差。

　　传统的检测方法是通过人工对恒温槽中的温度计进行读数,并记录其读数,通过计算得到被检温度计的误差或修正值,最后手工录入相关信息和数据,形成检定证书[1]。人工检校存在很大的弊端,如人眼读数费力且估读误差大,计算过程易出错,整个检定过程工作量大等。本文针对温度计检定的特定应用环境,研发了一种基于计算机视觉的温度计自动读数系统。

　　1　水银温度计自动检定系统结构

　　要实现温度计的自动读数,关键是要改变用人眼进行观察读数的方法。图1为温度计自动检定系统框图。温度计垂直插入恒温槽中, CCD摄像机获取温度计图像后传入到计算机。本系统中,摄像机可一次摄取多支温度计的图像。

　　将摄像机置于恒温槽前端,通过调节外加灯光和摄像机的位置及焦距,获得清晰的温度计图像。该图像通过安装在计算机内的专用图像采集卡输入计算机,在计算机中利用所编制的图像识别软件对图像进行处理,从而获得温度计的读数示值。进而根据检定规程要求,编制数据处理及结果输出程序,该系统可以自动给出检定证书。

　　2　数字图像处理算法研究

　　温度计图像中有玻璃管、毛细管、刻线、液柱、数字标识,图像识别关键是刻线与液体柱,即要识别液柱的顶端在刻线处的位置;对于多支温度计的图像,先要将各支温度计的子图像分割开来,然后逐支识别。

　　2·1　直方图均衡化

　　在数字图像处理中,一个最简单和最有效的工具是灰度直方图[2-3]。直方图均衡化就是构造一个变换函数,通过变换函数将原图像的直方图调整为平坦的直方图,然后用此均衡直方图校正图像,从而改变图像的特性。

　　对于数字图像,灰度级r为离散值rk(k=0,1,2,…, L-1, L是灰度级的数目)。第i个灰度级ri出现的频数用ni表示,该灰度级像素对应的概率值P(ri)为

　　由于灰度级的离散性,即在新图像中灰度级只能有0, 1/(L-1),2/(L-1),…,1,共L个,而Si(i=0,1,2,…, L-1)并不一定能恰好对应上述L个离散值,因而必须对每一个Si给它一个最靠近的k/(L-1) (其中0≤k≤L-1)。这样势必造成不同的Si合并成同一个灰度级。这正是直方图均衡化的实质,即减少图像的灰度等级以换取对比度的扩大。但是由于在均衡化过程中,原直方图上频数较小的灰度级被并入少数几个或一个灰度级,对应的图像部分将得不到增强。