一种基于图像处理技术的水表计量新方法

　　1　引　　言

　　机械式水表在生产过程中,以及在使用的过程中,　非常重要的一个环节是水表的计量检测。尽管机械式水表有很长的生产历史,但机械式水表的计量检 测一直是采用人工检测的方法,即通过人工读取比较标准表和被计量表的读数实现水表的计量检测。理想的方法是采用图像处理技术实现仿真人的自动数据读取与检 测技术。本文将讨论基于图像处理技术的水表读数自动读取的水表计量检测新方法。

　　2　基于图像处理技术的水表检测原理与算法

　　2.1　原理

　　根据机械式水表的结构,水表的读数完全由水表的转盘的转数来决定,只要知道水表的计量常数(即每立方米的水通过水表时转盘的转数)。因此,本文 提出的基于图像处理技术的水表计量检测新方法的原理是通过图像实时采集与实时处理技术自动读取水表转盘的转数而实现对水表读数的自动读取,如图1所示。

　　2.2　算法

　　尽管每一种机械式水表的转盘不一定相同,但结构基本相同,即具有若干个齿的圆盘,图2是其中的一种。转盘以一个中心轴转动。假设转盘的中心和半 径均通过自动定位等预处理的方法得到。静止时转盘的图像记为f0(r,θ),其中(r,θ)是以转盘中心为原点的象素的极座标。为提高利用常规摄像头对水 表转盘转动角度的分辨率,图像采集与处理采用逐帧方式。第i帧转盘的图像表示为fi(r,θ),i=1,2,3…。假设旋转运动是开始于第1帧图像之后, 则由于旋转运动,转盘的图像将产生运动模糊,实际摄取的转盘图像记为gi(r,θ)。由于转盘的旋转运动是以转盘中心为轴,故只有θ方向的图像运动,因而 模糊的产生只与该方向的运动图像有关:

　　其中θ0(t)是图像在θ方向运动位移,T为摄像头的积分时间。对上式在θ方向进行付氏变换:

　　其中,Fi(r,u)是fi(r,θ)在θ方向的付氏变换。假设在时间T内转盘运动是匀速运动,角频率是ω;而第i帧图像可看作是第(i-1) 帧图像在θ方向运动位移θi;另有 Fi(r,u) = F1(r,u) ,i=2,3,4,…;令Δθi=ωT,经过适当推导可得:

　其中τiG,τiF分别是Gi(r,u),Fi(r,u)的群延迟。由(3),采用适当的数值计算方法,可计算出Δθi/2和θi.

　　由于篇幅关系,在此不再详细叙述。

　　3　模拟实验与结果

　　本文在MATLAB平台上模拟产生如图2所示的转盘的连续50帧运动模糊图像,图3示出其中相邻两帧的运动模糊图像。模拟实验结果如图4所示。 图4(a)给出了利用本文所介绍方法对相邻两帧图像的转盘转动角度检测值与真实值的比较结果,从图中可见,检测值与真实值的最大绝对误差为 0.0052(rad),即0.3°。图4(b)给出了利用本文所介绍方法对转盘累计转动角度检测值与真实值的比较结果。从图中可见,累计转动角度检测值 与真实值有很好的吻合。