数字图像处理技术在计量仪表检定中的应用

　　百分表、千分表等精密测量仪器是机械工业中最为广泛使用的常规仪表。仪表生产企业和计量检定部门,需定期对千分表和百分表示值误差进行准确检定,以判断其精度是否合格。传统的检定方法,是组合不同长度的标准量块作为尺度基准,或采用具有刻度的高精度测微机构作为长度基准,以手动进给,人工读数。其存在的主要问题是:人工目视读数精度低,可靠性差,重复性差;检定人员的劳动强度大、检定周期长,工作效率低;且只能实现有限位置的定点检定,灵活性和通用性差等。为此,人们在不断寻求更简便更可靠的检定方法[1,2]。本文便是在计算机视觉技术和光学测量技术的基础上,提出了采用CCD摄像技术与图像处理技术相结合进行指示表自动检定的新方法,它能自动完成诸如:百分表、千分表、杠杆表、内径表等各类指示表示值误差的检定,具有通用性强,检定效率高,准确、可靠等优点。

　　1　系统结构及工作原理

　　为实现快速、自动化检定,本检定系统采用三部分组合完成,即:伺服驱动部分、基准数据的采集部分及图像的采集与处理部分。其中,伺服驱动部分采用步进电机作为执行元件,以替代手工进给;基准数据采用精密光栅获取,以替代标准量块;表盘图像的采集由CCD摄像机获取,图像的处理由计算机实现,以替代人工的瞄准与判读。其工作原理如图1所示,系统工作时,计算机通过I/O卡发送脉冲给步进电机驱动器以控制步进电机驱动指示表测头运动;同时,光栅尺采集测头运动的基准数据, CCD摄取表盘指针的图像,之后分别通过光栅尺数据采集卡和图像采集卡送入微机;微机完成表盘指针示值的精密判读,并将判读结果与光栅尺采集的基准数据对比以确定检定结果。可见,精密判读的准确性直接决定着本系统的检定精度,因此,实现表盘精确的检定关键在于表盘图像的处理。

　　2　表盘图像自动判读技术

　　表盘图像的自动判读技术主要包括表盘图像的预处理技术及表盘指针识别技术。

　　2·1　表盘图像的预处理技术

　　表盘图像的预处理技术包括阈值分割[3]、二值化、边缘检测,图像锐化等。为了得到较好的处理结果,首先对表盘原始图像梯度锐化,使模糊的图像表针和刻度更加清晰;之后进行Sobel边缘检测,有效剔除表面干扰因素;最后通过试验选取合适的阈值进行图像分割。通过上述处理,滤除表盘图像上的一些干扰因素,使有用区域更加清晰,为下一步表针的识别提供保证。图2所示即为表盘预处理后的结果。

　　2·2　表盘指针识别技术

　　在指示表检定过程中,其背景是静止的,只有指针是变化的。因此在理想情况下,两幅图像相减后,即减影处理后,除两指针处的灰度值为零(即黑色),其余区域的灰度值均为255 (即白色),也就是减影后的表盘图像只保留了两个不同时刻的指针,再采用“定位圆法”来确定这两个指针的位置。