一种全自动摄像式水表检定系统及其工作方法
【专利摘要】本发明属于仪表检定【技术领域】，提供一种基于图像处理技术的全自动摄像式水表检定系统及其工作方法，该系统包括图像采集装置、水流控制装置和控制台，采用计算机控制检定操作，当水流量达到标准时数毫秒内关闭阀门，实时记录水表指针转动过程中的读数与流水量，并通过Hough变换过滤掉误差点，系统能够实现8倍于人工检定的效率，以及高于人工的检定准确率。
【专利说明】一种全自动摄像式水表检定系统及其工作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于仪表检定【技术领域】，具体涉及一种基于图像处理技术的全自动摄像式水表检定系统及其工作方法。
【背景技术】
[0002]水表检定是水表出厂前由水表生产厂家进行的用与检测水表是否合格的一种操作。
[0003]传统的水表检定方法是利用人工开关阀门，通过肉眼观察水表读数与储水罐中水的体积来计算水表误差。
[0004]传统的人工进行水表检定方法存在以下弊端:
I)效率低:通常一名检定员只能操作两个检定台，每个检定台有数个表位，检定员需要步行查看并记录各个表的读数及开关阀门等操作，检定一套水表需要花费较多时间。
[0005]2)误差大:由于是纯人工操作，当储水罐达到预定体积后员工再关闭阀门，由于人工操作存在较大的时延，所以会产生较大的误差。另外，由于水表检定操作比较单调，缺乏有效监管，有时会出现检定员漏检或者错检。
[0006]3)操作繁琐:检定员需要完成读水表读数、读储水罐读数、记录、开关阀门、计算误差等一系列操作，操作太繁琐。
[0007]综上所述，鉴于传统的水表检定操作存在的缺陷，开发全自动水表检定装置具有重要的意义和推广应用价值。
【发明内容】
[0008]本发明针对现有水表检定操作的不足，提供一种全自动摄像式水表检定系统及其工作方法，该系统能够实现8倍于人工检定的效率，以及高于人工的检定准确率。
[0009]本发明的发明目的是通过如下技术方案实现的。
[0010]一种全自动摄像式水表检定系统，包括图像采集装置、水流控制装置和控制台。
[0011]所述图像采集装置，用于获取水表表盘的图像数据；图像采集装置包括摄像机、传输线及固定装置，使用时将摄像机通过固定装置固定于水表正上方，摄像机通过传输线与控制台连接，将拍摄的图像传至控制台。
[0012]所述水流控制装置，用于控制水流大小及水流阀门的开关；水流控制装置包括储水罐、与水管相连的电磁阀、控制电磁阀的串口继电器、称取储水罐质量的串口称重器，所述串口称重器和串口继电器与控制台连接，串口称重器将称取的储水罐的质量读数传至控制台。
[0013]所述控制台，用于控制串口继电器、获取串口称重器读数、处理摄像机传来的图像数据、存储各接收数据；控制台为一台至少包含两个串口的计算机。
[0014]本发明还提供了一种全自动摄像式水表检定系统的工作方法，该方法包括以下步骤:(1)检定员将待检定水表安装到检定台上，根据待检定水表的型号选择样板水表照片，选择指针类型，控制台分别制作该样板水表的各个指针指向各个读数时的水表模板图片及其配置文件，该模板配置文件中包含样表指针形状代码、指针回转中心在图片中的坐标、表盘中心在图片中的坐标等信息；在控制台上点击开始检定按钮，控制台启动检定程序；
(2)控制台向摄像机发出控制信号控制摄像机拍摄各个水表的表盘图像并传输至控制台，控制台获取水表的初始读数，同时控制台通过串口称重器获取储水罐质量读数；
(3)控制台向串口继电器发出控制信号控制其打开水管的电磁阀，储水罐开始储水，在水表通水转动过程中，通过摄像机和串口称重器实时获取当前水表读数与储水罐质量，当储水罐质量差达到设定值后控制台发出控制信号关闭电磁阀；
(4)控制台通过上述步骤获取的水表读数与储水罐质量数据计算水表误差，并存入数据库。
[0015]在上述技术方案中，所述控制台获取水表读数的流程如下:
第一步，控制摄像机拍照，拍摄各个水表的表盘图像并回传至控制台；
第二步，对实时获取的水表表盘图像进行预处理，利用像素RGB值三个分量的比例关系识别出各个指针所在像素；
第三步，将经步骤二处理后的图像经过开、闭运算，每个指针所在的连通域坐标与模板配置文件中的样表指针坐标做比较，得出连通域与指针的对应关系；
第四步，利用模板图片依次对每个指针进行模板匹配操作，分别得出各个指针读数，再综合得出实时待检定水表读数。
在上述技术方案中，所述控制台计算水表误差的流程如下:
第一步，建立直角坐标系，横轴为拍摄水表图像时所对应的储水罐质量，纵轴为水表读
数；
第二步，将水表通水过程中获取的每张图片所对应的储水罐质量和水表读数录入上述坐标系，形成一系列坐标点；
第三步，每一个坐标点都对应着一组通过该点的直线，如通过点!?)的直线方程可表示为p^acos0+bsm Θ
其中P为原点到直线的距离，θ为直线的倾角，通过计算经过每个像素点的直线组，就可以在图像中找到一条包含像素点最多的直线，
在Hough变换操作中,Hough数组用来记录通过每个像素点的直线数目，将数组表示为一张方格图，方格图的X轴共有xcell个小格，y轴共有ycell隔小格，Hough数组的大小为HoiighSize^ xcell x ycell
X轴每个小格代表的每次采样直线所经过的角度间隔大小为 AnglePerCell = i xcell
方格图的I轴表示原点到目标直线的距离，每个小格代表的距离大小为1，
从图像的左下角，按照从左到右、从下到上的顺序进行逐点扫描，对于每个扫描到的坐标点按照斜率从minAngle到maxAngle每次加1，进行如下运算
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￥是对J进行取整操作后所得，angle为当前运算的角度，i和j分别为当前坐标点的横坐标和纵坐标，
接 下来遍历Hough数组，按照数组值的大小找出得票最多的直线，则可获得直线的方
程，设此直线方程式为y = Ax+ ? ,其中Jc为斜率，则当前水表的误差为I〗- M。
[0016]本发明全自动摄像式水表检定系统及其工作方法，具有如下优点:
(I)操作简单:检定员只需要安装水表到检定台，然后在控制台点击开始检定即可自动完成检定操作，并将检定结果存入数据库方便查阅。
[0017](2)准确度高:采用计算机控制检定操作，当水流量达到标准时数毫秒内关闭阀门。实时记录水表指针转动过程中的读数与流水量，并通过Hough变换过滤掉误差点，相比人工检定大大提高检定准确度。
[0018](3)效率高:一个检定员可以控制多台检定台,装好表后点击开始检定即可操作另一部检定台，极大提高检定效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明全自动摄像式水表检定系统的结构示意图及工作方法流程图。【具体实施方式】
[0020]下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。
[0021]如图1所示，本发明实施例提供一种全自动摄像式水表检定系统，包括图像采集装置、水流控制装置和控制台。
[0022]所述图像采集装置，用于获取水表表盘的图像数据；图像采集装置包括摄像机、传输线及固定装置，使用时将摄像机通过固定装置固定于水表正上方，摄像机通过传输线与控制台连接，将拍摄的图像传至控制台。
[0023]所述水流控制装置，用于控制水流大小及水流阀门的开关；水流控制装置包括储水罐、与水管相连的电磁阀、控制电磁阀的串口继电器、称取储水罐质量的串口称重器，所述串口称重器和串口继电器与控制台连接，串口称重器将称取的储水罐的质量读数传至控制台。
[0024]所述控制台，用于控制串口继电器、获取串口称重器读数、处理摄像机传来的图像数据、存储各接收数据；控制台为一台至少包含两个串口的计算机。
[0025]上述实施例还提供一种全自动摄像式水表检定系统的工作方法，该方法包括以下步骤:
(I)检定员将待检定水表安装到检定台上，根据待检定水表的型号选择样板水表照片，选择指针类型，控制台分别制作该样板水表的各个指针指向各个读数时的水表模板图片及其配置文件，该模板配置文件中包含样表指针形状代码、指针回转中心在图片中的坐标、表盘中心在图片中的坐标等信息；例如水表有红、蓝两个指针，则控制台分别制作红色指针指向表盘各个刻度时的水表模板图片以及蓝色指针指向表盘各个刻度时的水表模板图片并对每个模板图片进行编号；在控制台上点击开始检定按钮，控制台启动检定程序；(2)控制台向摄像机发出控制信号控制摄像机拍摄各个水表的表盘图像并传输至控制台，控制台获取水表的初始读数，同时控制台通过串口称重器获取储水罐质量读数；
(3)控制台控制串口继电器打开水管电磁阀，串口称重器将储水罐的质量时时传回控制台，与此同时，摄像机连续拍摄水表图像并传回控制台识别出指针读数，每张图像对应一个储水罐质量；
(4)当储水罐质量达到预定值，控制台控制串口继电器关闭水管电磁阀；
(5)建立直角坐标系，横轴为水表图像拍摄时所对应的储水罐质量，纵轴为水表读数，将获取到的指针读数和对应的储水罐质量作为坐标值在坐标系中标记；
(6)利用Hough变换求出上述坐标系中包含坐标点数目最多的直线，通过该直线的斜率求出当前水表的误差。
[0026]在上述实施例中，控制台获取水表读数的流程如下:
第一步，控制摄像机拍照，拍摄各个水表的表盘图像照片并回传至控制台；此实施例中待检定水表指针分别为红、蓝指针。
[0027]第二步，红色像素区域识别。在红色指针区域的像素的红色分量要比蓝色和绿色分量值高，且红色分量和蓝色或者绿色分量之间的差值会随着光照的强弱变化而发生明显的变化，但是红色分量与蓝色分量和绿色分量的比值变化没有差值变化那么明显，所以我们可以利用这一点识别出有效像素。
[0028]扫描整个表盘图像图片，对每个像素点进行如下运算:
【权利要求】
1.一种全自动摄像式水表检定系统，其特征在于:该系统包括图像采集装置、水流控制装置和控制台； 所述图像采集装置，用于获取水表表盘的图像数据；图像采集装置包括摄像机、传输线及固定装置，使用时将摄像机通过固定装置固定于水表正上方，摄像机通过传输线与控制台连接，将拍摄的图像传至控制台； 所述水流控制装置，用于控制水流大小及水流阀门的开关；水流控制装置包括储水罐、与水管相连的电磁阀、控制电磁阀的串口继电器、称取储水罐质量的串口称重器，所述串口称重器和串口继电器与控制台连接，串口称重器将称取的储水罐的质量读数传至控制台； 所述控制台，用于控制串口继电器、获取串口称重器读数、处理摄像机传来的图像数据、存储各接收数据；控制台为一台至少包含两个串口的计算机。
2.一种如权利要求1所述的全自动摄像式水表检定系统的工作方法，其特征在于该方法包括以下步骤: (1)检定员将待检定水表安装到检定台上，根据待检定水表的型号选择样板水表照片，选择指针类型，控制台根据样板水表照片、指针类型分别制作该样板水表的各个指针指向各个读数时的水表模板图片及其配置文件，该模板配置文件中包含样表指针形状代码、指针回转中心在图片中的坐标、表盘中心在图片中的坐标信息；在控制台上点击开始检定按钮，控制台启动检定程序； (2)控制台向摄像机发出控制信号控制摄像机拍摄各个水表的表盘图像并传输至控制台，控制台获取水表的初始读数，同时控制台通过串口称重器获取储水罐质量读数； (3)控制台向串口继电器发出控制信号控制其打开水管的电磁阀，储水罐开始储水，在水表通水转动过程中，通过摄像机和串口称重器实时获取当前水表读数与储水罐质量，当储水罐质量差达到设定值后控制台发出控制信号关闭电磁阀； (4)控制台通过上述步骤获取的水表读数与储水罐质量数据计算水表误差，并存入数据库。
3.根据权利要求2所述的全自动摄像式水表检定系统的工作方法，其特征在于控制台获取水表读数的流程如下: 第一步，控制摄像机拍照，拍摄各个水表的表盘图像并回传至控制台； 第二步，对实时获取的水表表盘图像进行预处理，利用像素RGB值三个分量的比例关系识别出各个指针所在像素； 第三步，将经步骤二处理后的图像再进行开、闭运算，每个指针所在的连通域坐标与模板配置文件中的样表指针坐标做比较，得出连通域与指针的对应关系； 第四步，利用模板图片依次对每个指针进行模板匹配操作，分别得出各个指针读数，再综合得出实时待检定水表读数。
4.根据权利要求2所述的全自动摄像式水表检定系统的工作方法，其特征在于控制台计算水表误差的流程如下: 第一步，建立直角坐标系，横轴为拍摄水表图像时所对应的储水罐质量，纵轴为水表读数； 第二步，将水表通水过程中获取的每张图片所对应的储水罐质量和水表读数录入上述坐标系，形成一系列坐标点；第三步，每一个坐标点都对应着一组通过该点的直线，如通过点請的直线方程可表示为p = acos5+iJsin Θ 其中P为原点到直线的距离，Θ为直线的倾角，通过计算经过每个像素点的直线组，就可以在图像中找到一条包含像素点最多的直线， 在Hough变换操作中,Hough数组用来记录通过每个像素点的直线数目，将数组表示为一张方格图，方格图的χ轴共有xcell个小格，y轴共有ycell隔小格，Hough数组的大小为HoughSize= xcell x ycell X轴每个小格代表的每次采样直线所经过的角度间隔大小为 AnglePerCell = xcell 方格图的I轴表示原点到目标直线的距离，每个小格代表的距离大小为1， 从图像的左下角，按照从左到右、从下到上的顺序进行逐点扫描，对于每个扫描到的坐标点按照斜率从minAngle到maxAngle每次加1，进行如下运算d: c ο s (AnglePerCell x angle) x i + sm( AnglePerCell x angle) x j
Hough[xcell x (ycellx xceii+angle] + + 其中rf'是对进行取整操作后所得，angle为当前运算的角度，i和j分别为当前坐标点的横坐标和纵坐标， 接下来遍历Hough数组，按照数组值的大小找出得票最多的直线，则可获得直线的方程，设此直线方程式为y =kx+b，其中Jr为斜率，则当前水表的误差为|l_k|。
【文档编号】G01F25/00GK103954334SQ201410173558
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年4月28日 优先权日:2014年4月28日
【发明者】姚华雄, 李乾坤, 李扬, 熊婷, 罗小强 申请人:华中师范大学
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