一、引言

    传统钟罩式气体流量检定装置在工作过程中，需要两个工位，一是控制检定气流阀的通断并通过钟罩上的标尺读取气体体积的变化读数，另一个工位是更换流量点控制片并通过煤气表的面板读取气体体积的变化。对于钟罩的提升，阀门开闭，气流量控制片的更换，钟罩标尺数据的读取，煤气表盘的数据的读取，数据的记录、误差计算等全是人工完成。这样的检定方法存在很多的缺点：检表员劳动强度大，长时间的观察，容易产生眼睛疲劳；误差大且容易出错；难以实现动态检测。相关文献[1]介绍的改造方法是采用单片机控制检定过程，被检表前后两次的读数由人工输入。文献[2]中介绍了用图像处理的方法识别数码管的仪表的方法。文献[3]介绍了一种通过摄像头将图像显示在计算机显示器上的方法。文献[4]介绍了指针式压力表全自动检定系统。但由于这些方法针对特定的系统，并不能适用于码盘式气体流量计的自动检测。在本文中，我们介绍一种基于图像处理的码盘式气体流量计的自动识别检测方法。

    二、流量计图像的前处理

    由于检测现场光照不均匀，不易获得理想的图像，因此采用无影灯照明。用摄像头对准待检表的读数窗口，通过图像数据采集卡将所摄图像同步传输至计算机中。

    1.提取数字区域

    由图可知表的读数区域位于表盘上的黑色区域内部，而读数区域以外的颜色较为明亮，因此，在读数区域和表盘的其他位置的交界区域会产生突变，即分界处的那一点会有一个大的梯度值。首先对图像进行水平和垂直投影以确定表盘的读数区域，设原始图像为大小M×N象素，各点象素值为I（i，j），水平和垂直投影灰度函数分别定义为：

    水平投影：
    垂直投影：

    Pi，Pj分别反映了水平和垂直方向的灰度变化。通过求其最大灰度梯度变化，确定需要处理的读数区域。水平投影如图2所示，从中可以确定表盘中待识别的数字区域，并作为后续处理待区域。

    2.图像的预处理

    当我们把观测的图像转换成计算机能处理的数字图像时，在整个图像的采集、获取、传输过程中，由于种种原因会出现干扰噪声信号，图像的画质就会出现不尽人意的退化。在本文中采用局部（3×3的作用窗口）中值滤波的方法，可获得较为满意的去噪效果。

    3.二值化

    在分割图像中的数字和刻度区域时，采用自动判别阈值方法[5]来进行二值化处理。图3为原始图像经过预处理后的二值化图像。

    三、码盘数字及刻度的识别

    1.非完整数字的转换

    在二值化后的图像中，存在着数字、刻度线、一些零散的噪声象素和非完整数字的图像。由于末位数由数字9切换到数字0的时候，会产生上一位数字的连动现象，因此通常的数字识别方法不能直接应用于码盘式流量计读数的识别。为了解决这一问题，首先要求出末位数所在的区域的非刻度图像的个数及大小，图像的大小和位置通过贴标签法处理得到。判断末位两个不完整数字的相对大小，由此判断是否为可识别的完整数字。为了能识别非完整数字，必须将非完整数字转换为可识别的完整数字。由于摄像头摄取的图像是一个连续的帧图像，因此总能在向前或向后邻近的帧中找到末位数字是完整数字的图像，这些完整数字的图像可作为识别采样点数字的基准图像。按采样点的位置，可分为两种情况：

    （1）起始时，末位数字如果不完整，通过向后搜索，判断最邻近帧的末位数字的完整性，若完整，识别整个表盘的数字部分读数，并在最后一位上减1，作为起始点的码盘数字部分的读数值。

    （2）终止时或中间采样点时，末位数字如果不完整，通过向前搜索，判断最邻近帧的末位数字的完整性，若完整，识别整个表盘的数字部分读数，作为整个表盘终止时或中间采样点的码盘数字部分的读数值。

    2.完整数字的识别

    抽取识别数字有很多种方法，如文献[5]所述的通过对原始图像细化，然后计算其端点数，并按端点数分类，依据其形状特征进行识别，然而在本课题中，数字的图像线条较粗，有些数字的图像的细化结果并不能很好保持数字的基本骨架特征。结合仪表的特点提出以下分类方法综合识别每位数字：

    （1）根据数字的长宽特征识别数字1。

    （2）求图像的欧拉数，将不同的数字分成两类。将象素值为1的连接成分的个数减去孔的个数，就是图像的欧拉数。数字8的欧拉数为-1；数字0，6，9，4的欧拉数为0：数字2，3，5，7的欧拉数为1。

    （3）对分类后的图像进行网格划分，根据数字图像的特征可将图像划分为7×5的小块，并对每小块图像中自色象素与总象素进行归一化处理。由此得到模式列向量，与预先制作的标准的数字的图像模板列向量相比较，求其标准相似度（文献[6]）。标准相似度越接近1，则图像越接近于模版图像。

    3.刻度线的识别

    在识别过程中对末位数字的临近区域进行二值化处理，用贴标签的方法标出刻度线以及准星的长度和垂直方向的中心坐标。判断较长刻度线和准星刻度线的位置，采用位置比例的方法计算横格的刻度。

    四、结束语

    本文提出了基于图像处理的气体流量计的码盘读数的自动识别方法，可应用于码盘式气体流量计的自动检测，实现同一流量下气体流量计的动、静态自动检测。本系统还可为类似码盘式气体流量计检测的技改提供借鉴。

    参考文献

    [1] 李五兵.钟罩式气体计量器微机控制检定系统.计量技术，2001年12月：37-38
    [2] 严义，包健.一种实用视觉识别的仪表自动检定系统.仪表技术与传感器，2002年：28-30
    [3] 陈永煌，吴运龙.计算机图象技术在汽车仪表检验中的应用.安徽师范大学学报（自然版），2O00年9月
    [4] 张虹，李铁桥.指针式压力表全自动检定系统的研制.仪器仪表学报，1999年8月
    [5] 谷口庆治.数字图像处理基础篇.北京：科学出版社，2OO2年：81-82.280-281
    [6] 边肇棋、张学工.模式识别.北京：清华大学出版社，2000年：4-5

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