電子設備狀態顯示功能自動測試方法

袁浩

（中車株洲電力機車研究所有限公司）

電子設備狀態顯示功能自動測試方法

袁浩

（中車株洲電力機車研究所有限公司）

介紹了電子設備通過指示燈顯示工作狀態的功能，針對測試該功能采用人工觀察方法的弊端，提出一種基于圖像處理技術的自動測試方法。該方法利用圖像處理技術對指示燈圖像分析處理，實現自動識別指示燈狀態，從而獲得與指示燈狀態相應的電子設備的工作狀態。

圖像處理；自動測試

0 引言

目前，多數電子設備配帶有指示燈，并通過指示燈顯示電子設備當前工作狀態，一般稱為燈顯功能，即通過指示燈的點亮狀態、熄滅狀態和閃爍頻率等，表示電子設備所處的工作狀態。該功能可使用戶簡明方便地了解電子設備的工作狀態。為保證燈顯功能的正常，需對其進行測試。測試主要采用人工觀察法，其存在2個弊端：人眼長時間工作時，易疲勞從而造成誤判，導致測試結果不準確；無法準確獲得指示燈閃爍頻率。為此，本文提出基于圖像處理技術的自動測試方法。

1 自動測試方法

本文提出的自動測試方法分為4個步驟：指示燈圖像獲取、圖像處理分析、圖像分析結果顯示和測試結果，其流程如圖1所示。

1.1 指示燈圖像獲取

首先攝像機對電子設備進行實時拍攝，然后在幀圖像數據中截取指示燈局部圖像。局部圖像截取方法：截取長L、寬W的矩形圖像，且該矩形中心與指示燈中心位置重合；L、W根據指示燈形狀及面積設置，須滿足截取后的矩形圖像不包含指示燈以外的圖像，不同形狀指示燈圖像截取方法示意圖如圖2所示。LED0、LED1、LED2分別用斜線、方格和點表示，指示燈以外部分以空白表示，可見圖2中指示燈局部圖像不包含任何指示燈以外的圖像。這種截取方法可避免指示燈形狀不同帶來的影響，更有利實現燈顯功能自動化測試。

圖1 自動測試方法流程圖

圖2 不同形狀指示燈圖像截取方法示意圖

1.2 圖像處理分析

1.2.1 指示燈局部截圖灰度變換

指示燈局部截圖原圖為24位真彩色圖像，為減少圖像處理的數據量，提高處理速度，將指示燈24位真彩色圖像利用灰度變換轉為8位灰度圖像。設圖像中每個像素點紅色分量、藍色分量和綠色分量分別為R(i,j)、B(i,j)和G(i,j)，灰度變換后的圖像灰度值用F(i,j)表示。為更真實地模擬用戶肉眼觀察的效果，灰度值通過式(1)計算獲得[1]。

指示燈截圖灰度變換如圖3所示。

圖3 指示燈截圖灰度變換

為優化選取灰度圖像二值化閾值，可以觀察指示燈灰度值三維柱狀圖。將指示燈灰度圖以像素二維平面坐標作為X-Y坐標，以像素灰度值作為Z坐標，繪制三維柱狀圖，如圖4、圖5所示。

圖4 指示燈點亮時灰度值三維柱狀圖

圖5 指示燈熄滅時灰度值三維柱狀圖

1.2.2 指示燈灰度圖二值化

指示燈的局部截圖需要二值化處理，為進一步減少計算量，提高運算速度，采用全局閾值二值化方法對指示燈灰度圖像進行處理[2]。灰度圖亮度為單通道數值，用1個字節表示，其最大值為255，最小值為0。在進行二值化處理時，需要根據實際情況設置二值化閾值S。S取值條件：假設局部灰度圖像總共有M個像素點，當指示燈點亮時，使得局部灰度圖像中有0.85M個像素的灰度值大于S，且當指示燈熄滅時，使得局部灰度圖像中有0.55M個像素的灰度值小于S，如式(2)所示。

當S確定以后，將指示燈灰度圖像中每個像素點灰度值與S比較，當像素點灰度值大于等于S時，則將其灰度值設置為255；若像素點灰度值小于S，則將其灰度值設置為0。二值化變換前，像素灰度值為f(i,j)，二值化變換后，像素灰度值為H(i,j)，如式(3)所示。

對二值化處理后的圖像進行像素點灰度值統計。設灰度值為0時像素點Q個，灰度值255時像素點為P個，指示燈狀態為G，點亮時G=1；熄滅時G=0，如式(4)所示。

經過二值化處理，得到指示燈點亮和熄滅時的二值化截圖，如圖6所示。

1.2.3 指示燈閃爍頻率計算

根據指示燈圖像處理分析可知每個指示燈在該幀中的狀態。設攝像機拍攝時，每幀間隔時間為T，若某個指示燈在連續N1幀指示燈圖像處理中點亮狀態不變，并在N1幀指示燈圖像之后連續N2幀指示燈圖像處理中維持熄滅狀態不變，則其閃燈頻率f可由式(5)計算。

圖6 指示燈灰度圖二值化

1.3 圖像分析結果顯示

根據指示燈點亮和熄滅狀態的持續時間繪制指示燈的狀態波形圖：繪制X-Y直角坐標圖，其中X為時間變量，單位可以根據實際情況調整，Y為狀態變量，以1/ 0對應表示指示燈的點亮熄滅狀態，指示燈狀態波形圖如圖7所示；并且在每次指示燈點亮或熄滅狀態改變時，繪制該時刻的時間數值，如圖7中t1~t8所示。

圖7 指示燈狀態波形圖

1.4 測試結果

從圖像分析結果可知指示燈的點亮、熄滅狀態和閃爍頻率，通過軟件自動查詢預先設置好的指示燈狀態與電子設備工作狀態的對應關系，即可獲得電子設備當前工作狀態的測試結果。將測試得到的電子設備工作狀態與實際的電子設備工作狀態進行對比，檢查電子設備通過測試獲得的工作狀態與實際的工作狀態是否相同，若相同，則說明電子設備的狀態顯示功能正常；反之，則說明該功能不正常。

2 應用實例

將本文自動測試方法應用TD-W89841N增強型無線路由一體設備的狀態顯示的測試工作中。將被測設備置于攝像機拍攝范圍內，如圖8所示，并將指示燈狀態與被測設備工作狀態的對應關系和指示燈坐標輸入上位機圖像處理分析軟件。選取被測設備的4個指示燈狀態進行測試，分別是led0、 led1、led2、led3，指示燈點亮狀態時圖像處理分析流程如圖9所示，指示燈熄滅時圖像處理分析流程如圖10所示，指示燈實測狀態波形如圖11所示。通過查詢路由器的使用手冊，可知led0、led1、led2、led3各自的狀態與路由器的工作狀態之間的對應關系，如表1所示。將路由器上電，撥號聯網成功后通過啟動路由器無線組網功能，將一臺便攜式計算機采用無線方式接入路由器，同時將另一臺計算機通過網線接入路由器。此時led0、led1、led2、led3都處于閃爍狀態（led2處于慢閃狀態），通過對比表1和圖11可知，指示燈的閃爍狀態與路由器的工作狀態對應關系正確；這表明led0、led1、led2、led3能夠正確顯示路由器工作狀態。

圖8 測試環境示意圖

圖9 指示燈點亮時圖像處理分析流程圖

圖10 指示燈熄滅時圖像處理分析流程圖

圖11 指示燈實測狀態波形圖

表1 指示燈狀態關系表

3 結論

目前電子設備利用指示燈顯示工作狀態的功能日趨復雜，一方面指示燈數量在增加，另一方面指示燈狀態組合日趨復雜，僅靠人工觀察的測試方法已經無法滿足測試需要。本文提出的基于圖像處理技術的自動測試方法能夠提高測試效率和測試精度，節約大量的人力和時間成本，人工測試每小時只能測試10臺設備，采用自動化測試方法后，提高到每小時能測試30臺設備。

[1]王坤.基于安卓平臺的圖片文字識別及朗讀技術研究[D].長春:吉林大學,2014.

[2] 李露.基于角點密度檢測和二次二值化的新聞視頻字幕提取研究[D].武漢:華中師范大學,2011.

An Automatic Test Method for Electronic Equipment State Display

Yuan Hao
(CRRC Zhuzhou Institute Co., Ltd.)

This paper introduces the functions of electronic equipment working state showed by an indicator and the disadvantages of artificial testing process. An automatic testing method is proposed based on Image Processing technology. The method realizes the automatic recognition of the indicator status by analysis of indicator image.

Image Processing; Automation Test

袁浩，男，1981年9月生，碩士，中級工程師，主要研究方向：嵌入式技術。E-mail: electronicYH@163.com