基于邊緣檢測(cè)技術(shù)的溫度計(jì)自動(dòng)檢定裝置研制

段 宏

大同市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局檢驗(yàn)測(cè)試所，山西大同 037008

0 引言

玻璃液體溫度計(jì)是一種根據(jù)熱脹冷縮原理制成的膨脹式溫度計(jì)。溫度計(jì)需要定期進(jìn)行檢定，可以根據(jù)溫度計(jì)的使用情況確定多長(zhǎng)時(shí)間檢定一次，這個(gè)時(shí)間通常不能超過(guò)1 年。目前溫度計(jì)的檢定方法是通過(guò)對(duì)其外觀、示值穩(wěn)定性以及示值誤差來(lái)進(jìn)行檢定。但傳統(tǒng)的檢定方法工作效率不高，需要的勞動(dòng)量較多而且讀數(shù)誤差偏大。因而，為了能夠提高檢定的效率以及準(zhǔn)確性，利用邊緣檢測(cè)技術(shù)，開發(fā)了一款能夠自動(dòng)識(shí)別溫度計(jì)示值的軟件，并改造了的檢定槽。從而研制出了自動(dòng)化的溫度計(jì)檢定裝置，使溫度計(jì)的檢定不再依靠大量的人工勞動(dòng)。

1 邊緣檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀

邊緣是圖像的最基本特征之一，由于邊緣部分存儲(chǔ)有可以識(shí)別圖像的信息，因此檢測(cè)圖像的邊緣在圖形分析和計(jì)算機(jī)視覺等領(lǐng)域中有重要的應(yīng)用作用，是識(shí)別和分析圖像的重要手段，所以可以使用邊緣檢測(cè)技術(shù)獲得圖像信息或識(shí)別圖像模式。

1.1 邊緣檢測(cè)的常見方法

1.1.1 樣板匹配法

處理的非常好的微小的圖像邊緣可以構(gòu)建出原圖像邊緣的樣板，將選擇范圍內(nèi)的圖片像素與邊緣樣板對(duì)照，最終可以將圖像邊緣部分確定出來(lái)。例如，可以通過(guò)方向邊緣模板檢測(cè)出圖片不同方向的邊緣。

1.1.2 紋路邊緣檢測(cè)法

不同類型圖像的圖形主體和背景的紋路不同，可以通過(guò)比較不同的紋路區(qū)的灰度級(jí)的平均值不同的特性檢測(cè)圖像邊緣；相反，如果圖像背景和對(duì)象的紋路相似或圖像的灰度平均值相同，就不能使用紋路邊緣檢測(cè)的方法。

1.1.3 利用連續(xù)小波檢測(cè)邊緣

細(xì)胞圖像邊緣檢測(cè)一般以小波分析為基礎(chǔ)，但是因?yàn)樾〔ǚ治隹梢跃植窟M(jìn)行時(shí)-頻分析，所欲圖像的能量可以被集中在邊緣區(qū)域，再加上圖像突變的灰度值可以在局部取得最大值，它的變換膜的值可以反映邊緣點(diǎn)的特性。噪聲會(huì)使檢測(cè)圖像的邊緣內(nèi)側(cè)的小波的變換膜減小，因此利用連續(xù)小波邊緣檢測(cè)法檢測(cè)圖像邊緣時(shí)，噪聲就具有了濾波的功能。

除以上具體介紹的三種邊緣檢測(cè)技術(shù)外，邊緣聚焦、增強(qiáng)邊界和曲線及微分算子法等圖像邊緣檢測(cè)方法也是邊緣檢測(cè)的常用方法?？梢愿鶕?jù)圖像的邊緣特點(diǎn)選擇合適的方法進(jìn)行邊緣檢測(cè)，已達(dá)到良好的檢測(cè)效果，提高圖像分析的可靠性。

1.2 邊緣檢測(cè)技術(shù)的現(xiàn)狀

從最初的梯度分析法到現(xiàn)在的小波時(shí)/頻分析法，由原來(lái)的經(jīng)典邊緣檢測(cè)算子法到如今的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析法，邊緣檢測(cè)技術(shù)經(jīng)歷了一個(gè)較長(zhǎng)的發(fā)展歷程。但是一直以來(lái)對(duì)邊緣檢測(cè)技術(shù)的研究都是以如何找出不具連續(xù)性的強(qiáng)度變化、抑制細(xì)節(jié)和噪聲作用及保持邊緣定位精細(xì)度三個(gè)問(wèn)題為中心的。由于圖像不同或同一圖像用處不同，要用到的邊緣檢測(cè)技術(shù)也不一樣，可以針對(duì)具體情況聯(lián)合使用多種方法進(jìn)行邊緣檢測(cè)，同時(shí)也要不斷地發(fā)展新技術(shù)，迎合圖像邊緣檢測(cè)技術(shù)將來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

2 邊緣檢測(cè)技術(shù)在溫度計(jì)檢定裝置中的應(yīng)用

長(zhǎng)久以來(lái)，溫度計(jì)的檢定一般都是利用望遠(yuǎn)鏡人工觀測(cè)和記錄溫度計(jì)的指示值，這種方法的效率不高，工人也要不停的工作，疲勞工作等各種原因造成的讀數(shù)誤差使溫度計(jì)的鑒定工作并不準(zhǔn)確。由于在油料的化驗(yàn)和計(jì)量工作中經(jīng)常會(huì)用到玻璃液體溫度計(jì)，因此本文將以為檢定玻璃液體溫度計(jì)而設(shè)計(jì)的自動(dòng)裝置為例，探討邊緣檢測(cè)技術(shù)在溫度計(jì)檢定裝置中的應(yīng)用。

2.1 自動(dòng)檢定裝置的組成和工作原理

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、跟蹤定位控制執(zhí)行單位、跟蹤定位攝像單位、溫度計(jì)插槽自動(dòng)定位單位和高精度精密恒溫槽等原件共同組成了玻璃液體溫度計(jì)的自動(dòng)檢定裝置。通常進(jìn)行溫度計(jì)檢定的順序?yàn)椋簶?biāo)準(zhǔn)樣本溫度計(jì)→被檢測(cè)的溫度計(jì)1 →被檢測(cè)的溫度計(jì)2 →···→被檢測(cè)的溫度計(jì)n →被檢測(cè)的溫度計(jì)n →···→被檢測(cè)的溫度計(jì)2 →被檢測(cè)的溫度計(jì)1 →標(biāo)準(zhǔn)樣本溫度計(jì)。為了嚴(yán)格遵守《檢定規(guī)程》，設(shè)計(jì)溫度計(jì)插槽時(shí)將其設(shè)計(jì)成兩層的圓盤狀插槽，用圓形彈簧將先后插入插槽的標(biāo)準(zhǔn)樣本溫度計(jì)和被測(cè)溫度計(jì)固定住。溫度計(jì)插槽自動(dòng)定位元件在精密度較高的電機(jī)帶動(dòng)性作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)跟蹤攝像定位單元也隨電動(dòng)機(jī)沿精密絲桿作上下的垂直于插槽的運(yùn)動(dòng)；在計(jì)算機(jī)的控制系統(tǒng)中設(shè)定旋轉(zhuǎn)的角度和運(yùn)動(dòng)的高度，并命令控制系統(tǒng)發(fā)送設(shè)定數(shù)據(jù)給跟蹤定位控制操作單位的單片機(jī)，采集到的溫度計(jì)液柱圖像將借助視頻連接線傳輸給計(jì)算機(jī)，由分析圖像的軟件將溫度計(jì)液柱圖像數(shù)字化為溫度計(jì)示值，最終從計(jì)算機(jī)獲得檢定信息、原始記錄合檢定證書。

2.2 自動(dòng)檢定裝置的設(shè)計(jì)難點(diǎn)

2.2.1 自動(dòng)跟蹤采集感溫液柱的變化

圖像識(shí)別的第一步是采集清晰的玻璃溫度計(jì)感溫液柱的圖像。但由于不同種類的溫度計(jì)其分度值與測(cè)量的范圍各不相同，再加上測(cè)量時(shí)又有局浸和全浸之分，因此被檢溫度計(jì)的感溫液柱的位置也有所不同。為了使這些問(wèn)題得到解決，相關(guān)試驗(yàn)員建立了溫度計(jì)的類型庫(kù)，并設(shè)計(jì)了一款軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位的功能，又將攝像移動(dòng)的高度和電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度預(yù)先設(shè)定并保存，以期能自動(dòng)跟蹤拍攝。設(shè)計(jì)人員將油煙罩、抽風(fēng)系統(tǒng)和環(huán)形照明燈安裝在溫度計(jì)插槽的自動(dòng)定位元件上，以便能夠在檢定時(shí)獲得質(zhì)量較高的溫度計(jì)液柱圖像。

2.2.2 感溫液柱圖像變化的識(shí)別

圖像變化的識(shí)別過(guò)程可分為三步：首先將圖像進(jìn)行預(yù)處理使圖像主體和圖像背景分離，這樣能夠提高提取和匹配的圖像邊緣的精度，從而使圖像轉(zhuǎn)變成清晰的點(diǎn)線圖。其次是提取液柱圖像的邊緣部分，該過(guò)程要先利用邊緣檢測(cè)的方法獲得圖像邊緣亮而粗的部分，然后再細(xì)致處理圖像的邊緣、使圖像邊緣平整無(wú)毛刺，并將圖像邊緣縮窄。最后是邊緣圖像的三線識(shí)別過(guò)程。在這一過(guò)程中根據(jù)已經(jīng)計(jì)算得出的液柱與長(zhǎng)刻線的相對(duì)位置來(lái)進(jìn)行運(yùn)算，確定長(zhǎng)刻線、短刻線還有液柱的位置，然后通過(guò)相關(guān)計(jì)算得到溫度計(jì)的示值。由于每個(gè)溫度計(jì)有不同的檢定點(diǎn)，只有每個(gè)檢定的檢定都合格時(shí)該溫度計(jì)才被判定為合格。在對(duì)溫度計(jì)進(jìn)行檢定時(shí)，不同的檢定點(diǎn)需要在不同的檢定槽進(jìn)行，而不同的檢定槽又由不同的計(jì)算機(jī)控制。因而需要將所有用于檢測(cè)的計(jì)算機(jī)用網(wǎng)線連接起來(lái)，并將其中的一臺(tái)作為服務(wù)器，所有的檢定結(jié)果都向該計(jì)算機(jī)發(fā)送，由這臺(tái)計(jì)算機(jī)來(lái)判定被檢溫度計(jì)是否合格。

2.3 自動(dòng)檢定方法的優(yōu)點(diǎn)

邊緣檢測(cè)技術(shù)在溫度計(jì)自動(dòng)檢定裝置中的應(yīng)用時(shí)溫度計(jì)檢定取得比傳統(tǒng)方法準(zhǔn)確性更高的結(jié)果，這一結(jié)果是通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)的。此外由于人眼的最小分辨率是溫度計(jì)的最小分度值的0.1，而自動(dòng)檢定裝置的讀數(shù)能達(dá)到溫度計(jì)最小分度值的0.01，由此可以說(shuō)明自動(dòng)檢定方法精度更高，結(jié)果也更為準(zhǔn)確。

3 結(jié)論

基于邊緣檢測(cè)技術(shù)的溫度計(jì)自動(dòng)檢定方法自動(dòng)化程度較高，避免了人力資源的浪費(fèi)，而且該方法具有較高的準(zhǔn)確度與精確性，不僅提高了溫度計(jì)度量值的可靠性，還能夠避免由于人工讀數(shù)以及人工處理數(shù)據(jù)時(shí)帶來(lái)的誤差，操作簡(jiǎn)單方便，提高了溫度計(jì)檢定的效率。

[1]崔馨元.玻璃液體溫度計(jì)檢定技術(shù)[J].計(jì)量與檢測(cè)技術(shù)，2010，37(1)：26-29.

[2]肖清勇，王煊軍.便攜式溫度計(jì)快速巡檢儀的研制[J].中國(guó)儀器儀表，2003，20(5)：13-14.

[3]曹風(fēng)云，周澤鴻.溫度計(jì)自動(dòng)檢定[J].工業(yè)計(jì)量，2002，12(5)：20-21.

[4]陳新社，劉順波，李亞奇，等.圖像處理技術(shù)在液體溫度表自動(dòng)檢定中的應(yīng)用[J].計(jì)量與測(cè)試技術(shù)，2002，29(6)：10-11.

[5]王秀珍.圖像識(shí)別技術(shù)淺論[J].內(nèi)蒙古電大學(xué)刊，2008(8)：73-74.