基于机器视觉的水银温度计自动读数系统

　　1　引言

　　水银温度计是工业现场广泛使用的一种工作用标准器,其定期检定是实现工业现场气体准确计量和增压参数过程的重要手段。而现场多采用人眼进行测量和判定,具有效率低、速度慢、人眼疲劳失效、消耗时间长、劳动强度大、油烟对检定人员有伤害等不足,难以在精度、效率、自动化程度及安全性等方面满足现代化生产的要求。

　　近年来,用计算机来模拟人的视觉功能从客观事物的图像中提取信息,进行处理并加以理解,最终用于实际检测、测量和控制的机器视觉技术的出现和发展,为工业现场应用的自动识别和处理系统开发提供了新的平台,并在零件的识别与定位[1]、产品质量检验[2]、刀具磨损监控[3]、精密测量[4]和移动机器人导航[5]等领域得到了广泛的应用。

　　本文针对温度计检定的特定应用环境,介绍了一种基于视觉技术的温度计自动读数系统。该系统能实现温度计的自动化读数检定过程,可望代替人的重复劳动,避免人工读数引起的读数误差和温槽介质溅出以及油烟对检定人员的伤害,减轻人工检测的压力,提高温度计的检测质量和检测速度,在工业领域具有较大的推广应用价值。

　　2　工作原理

　　水银温度计的检定通常是让待检温度计测试两个预先设定的标准温度(根据检定标准来选择),然后将待检温度计的读数与标准温度进行比较,根据其偏差确定待检温度计的精度从而完成检定过程。标准温度采用精度较高的温度自动控制装置来提供,而温度计的读数是完成检定的关键。

　　温度计自动读数系统主要包括光源、光学系统、图像捕捉系统、图像数字化模块、数字图像处理模块、智能判断决策模块和机械控制执行模块,其工作原理如图1所示。利用温度控制装置固定待检温度计,采用光学成像系统和图像捕捉系统将待检温度计转换成图像信号,通过图像采集与数字化处理将图像转变成数字化信号传送给专用的计算机图像处理系统;根据像素分布、亮度和颜色等信息,利用模式识别等技术提取温度计刻度和水银温度计的信息特征;最后利用智能图像处理与决策模块,判定水银柱的实际位置,根据预设的容许度和其他条件输出温度计的读数结果。

　　3　光学系统设计

　　光学系统是机器视觉测量系统中的基础,决定了原始图像的质量,主要包括光源、镜头和图像采集部件。

　　3.1　光源

　　使用光源是为了突出拍摄目标的特征,使其不同部分之间有足够的对比。光源是图像采集中很重要的一环,在设计光源时首先要确定需区分的各部分的不同,尽可能地突出物体特征量,在物体需要检测的部分与那些不重要部分之间应尽可能地产生明显的区别,增加对比度。同时还应保证足够的整体亮度,物体位置的变化不应该影响成像的质量。在应用系统中一般使用透射光和反射光[6]。对于反射光情况应充分考虑光源和光学镜头的相对位置、物体表面的纹理和物体的几何形状等要素。光源设备的选择必须符合所需的几何形状,照明亮度、均匀度、发光的光谱特性也必须符合实际的要求,同时还要考虑光源的发光效率和使用寿命。