基于机器视觉的矿用数显电测量仪表检测系统.pdf

第 4 2卷 第 9期 2 0 1 6年 9月 工矿 自 动化 I nd us t r y a n d M i ne Aut o ma t i on Vo1 ． 4 2 NO ． 9 Se p ． 2 0 1 6 文 章编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 6 0 9 0 0 1 3 0 4 DOI 1 0 ． 1 3 2 7 2 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 - 2 5 1 X ． 2 0 1 6 ． 0 9 ． 0 0 4 叶景东 ， 宗寿松 ， 朱美强 ， 等． 基于机器视觉 的矿用数显电测量仪表检测系统E J ] ． 工 矿 自动化 ， 2 0 1 6 ， 4 2 9 1 3 1 6 ． 基于机器视觉的矿用数显电测量仪表检测系统 叶景 东 ， 宗寿松 。 ， 朱 羡强 ， 李 明 1 ． 中国矿业大学 信息与电气工程学院，江苏 徐州 2 2 1 0 0 8 ， 2 ． 江苏安科瑞 电器制造有限公司，江苏 无锡 2 1 4 4 0 5 摘 要 针 对 人 工核 定煤矿 数 显 电测量仪 表 时存在 的检 测 效率低 、 劳动 强度 大、 受人 主观 因素 影响 等弊端 ， 设计了基于机器视觉的煤矿数显仪表 自动检测 系统。该 系统通过控制数显电测量仪表上电全显示与相机录 像获取开机过程， 使用亮点统计方式识别全显帧， 采用模板 匹配完成仪表显示质量的 自动判定， 并通过穿线 法字符 识 别 自动判 定其 测量精 度 。 工业样 机 实验结 果验证 了该 系统 的有效 性 。 关 键词 数 显 电测量 仪表 ； 仪 表检 测 ； 机 器视 觉 中图分类 号 TD 6 7 9 文 献标 志码 A 网络 出版 时 间 2 0 1 6 0 9 0 2 1 0 0 9 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a j l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 O 1 6 0 9 0 2 ． 1 0 0 9 ． 0 0 4 ． h t ml De t e c t i o n s ys t e m f o r c o a l mi ne e l e c t r i c a l i n s pe c t i o n i ns t r ume n t wi t h di g i t a l d i s p l a y ba s e d o n ma c hi n e v i s i o n YE J i n g d o n g ， Z ONG S h o u s o n g 一， ZHU Me i q i a n g ， LI Mi n g 1 ． S c h o o l o f I n f o r ma t i o n a n d El e c t r i c a l En g i n e e r i n g，C h i n a Un i v e r s i t y o f Mi n i n g a n d Te c h n o l o g y ， Xu z h o u 2 2 1 0 0 8 ，Ch i n a ；2 ． J i a n g s u Ac r e l El e c t r i c C o． ，Lt d． ，W u x i 2 1 4 4 0 5，Ch i n a Ab s t r a c t I n v i e w o f p r o b l e ms o f l o w me a s u r e me n t e f f i c i e n c y， h i g h l a b o u r i n t e n s i t y a n d b e i n g i n f l u e n c e d b y s u b j e c t i v e f a c t o r s i n ma n u a l l y c a l i b r a t i n g c o a l mi n e e l e c t r i c a l i n s p e c t i o n i n s t r u me n t wi t h d i g i t a l d i s p l a y，a n a u t o ma t i c i n s p e c t i o n s y s t e m f o r c o a l mi n e e l e c t r i c a l i n s p e c t i o n i n s t r u me n t wi t h d i g i t a l d i s p l a y wa s d e s i g n e d b a s e d o n ma c h i n e v i s i o n．Th e s y s t e m c o n t r o l s p o we r o n o f t h e i n s t r u me n t a n d a v i d e o t o ge t b oo t i n g pr o c e s s ，a nd us e s hi gh l i g ht s s t a t i s t i c s mo de t o i de nt i f y ke y d i s p l a y f r a me o f t he e l e c t r i c a l i n s p e c t i o n i n s t r u me n t ，u s e s t e mp l a t e ma t c h i n g t o c o mp l e t e a u t o ma t i c i d e n t i f i c a t i o n o f t h e d i s p l a y i ma g e ， a nd us e s di g i t r e c o gni t i o n wi t h t hr e a d i ng m e t ho d t o d e t e c t t h e m e a s ur e me n t a c c u r a c y a ut oma t i c l y．Va l i d i t y of t he d e s i gn e d s ys t e m i s v e r i f i e d wi t h e xp e r i me nt r e s ul t s f r om i nd us t r i a l pr ot o t yp e s y s t e m ． Ke y wo r d s e l e c t r i c a 1 i ns pe c t i on i ns t r u m e nt wi t h d i g i t a l di s p l a y；i ns t r ume n t i ns pe c t i on；ma c hi n e v i s i on 0 引言 矿用数显电测量仪表是指以晶体管或液晶屏作 为显示载体的电量测量仪表 ， 在煤矿生产 、 电量监控 中被广泛应用。 r。矿用数显电测量仪表检测分为显 示质量检测与精度检测两 部分 。通常， 矿用数显 电 测量仪表开机时， 会依序 自动显示全显信号、 仪表型 号等信息_ 2 。 ] ， 根据全显信息可以判断仪表显示是否 正常。进行仪表精度检测时 ， 将仪表显示值与输入 信号进行对比， 判断电信号测量误差是否满足国家 标准或者企业规定的要求 。 目前， 国内煤矿企业对 煤矿数显 电测量仪表的安全检测工作主要依靠人工 检测 。人工检测的自动化程度较低， 劳动强度大 ， 受 主观 因素 影 响 较 大 ， 而且 无 法 保 存 检 测 图 像数 收稿 日期 2 0 1 6 - O 4 1 4 ； 修 回 日期 2 0 1 6 - 0 7 2 0 ； 责任编辑 胡娴 。 基金项 目 江苏省 自然科学基金项 目 B K2 0 1 3 0 2 0 7 ； 江苏省博士后基金项 目 1 3 0 1 0 2 9 C 。 作者简介 叶景东 1 9 9 0 一 ， 男 ， 广东广州人 ， 硕士研究生 ， 研究方 向为机器视觉 ， E ma i l c u mt y j d 1 2 6 ． c o rn。 1 4 工矿 自动化 2 0 1 6 年 第 4 2卷 据 ] 。鉴此 ， 本文采用 图像处理和识别技术 ， 设计 了基于机器视觉的矿用数显电测量仪表检测系统 。 1系统 总体 设计 1 ． 1 系统 硬 件 设 计 人工 检 测 仪表 时 ， 检 测 人 员通 过 肉眼观 察 仪 表 的开机过程， 来确认仪表显示是否符合要求 ， 再进行 精度 检测 l 6 ] 。基 于机 器视 觉 的矿用 电测 量仪表 检 测 系统 将采 用摄 像头 代 替 人 眼 ， 计算 机代 替 人 脑 来 完 成仪表的检定 。系统硬件部分主要 由计算机、 工业 相 机 、 串 口控 制继 电器 、 仪 表 供 电 电源 、 程控 标 准 源 等组成 ， 其结构如图 1 所示。 串口通信 ＼程控标准源 并 口 计算机 幽 串口通信 固定装置 I业l u 相机 I PCI Exp r e s s X 1 6总线接 口 固定装置 US B接 口 图 1 硬件结构 计 算机 通 过并 口、 P C I 总线 和 串 口分 别 与 工 业 相机和程控标准源及供电电源连接 。由于电测量仪 表显示器本身发光， 所 以外界光源影响较小， 无需添 加辅助光源 。当计算机控制工业相机开始 录像时 ， 计算机通过控制 串口控制继电器接通仪表的供 电电 源 ， 使 仪表 自动 开机 。仪表 开机 完毕 后 ， 计 算机 控制 工业 相机停 止 录制 ， 保 存仪 表开 机 录像 ， 检测所 需 的 数 据采 集是 否 完成 。进 行 精度 检 测 时 ， 计 算 机 控 制 标 准 测试 电源 加载 测试 信号 ， 并 通 过 工 业 相 机采 集 图像 ， 对显示结果进行识别 。 1 ． 2 系统 检 测 流 程 通过控制仪表 电源获得开机视频后 ， 系统对视 频的每一帧进行分析 ， 找 出仪表开机 时显示的全显 帧， 采用模板 匹配的方法检测仪表显示是否符合要 求 ， 然 后通 过输 入精度 检测 信号 进行 精度 检测 ， 最后 保存检测数据 。具体检测 流程如 图 2所示， 图像 处 理流 程如 图 3 所 示 。 扫描条码 查询数据库， 获取产品信息 控制相机录像 加载电源， 开机 关 闭相机， 保存视频 视频分析． 获取关键帧 模板匹配， 显示检 测结果 数字识别， 精度检 测 保存检测数据 图 2系 统 检 测 流 程 载入视频 跳跃采集图像帧 压缩图片分辨率 结束 分通道， 二值 化处理 统计亮 点个数 ， 获取关键帧 图像定位， 图像检测 结束 图 3图像 处 理 流 程 2系统检 测原理 2 ． 1 开机 关键 帧 图像 获取 开 机视 频可 以分解 为不 同帧的 图像 。对于 每一 帧 图像 ， 系 统将 分通 道 处 理 ， 二 值 化 每 一个 像 素 点 ， 然后统计亮点的个数 。以一个开机显示 2路信号的 电压表 为例 ， 统计 亮 点 数 的 变化 规 律 ， 如 图 4所 示 ， 开机 图像如 图 5所示 。开 机瞬 间 ， 亮 点数 增加 ， 之后 仪表进入一个稳定的过程 ， 即状态 2 ， 其对应的图像 如 图 5中的状态 2 。第 1 个 显示 信 号 稳定 一 段 时 间 后， 仪表开始切换到第 2个信号点并在一段时间内 保 持 稳定 ， 对 应 的 图像 为 图 5中 的状 态 3 。仪 表 完 成开 机后 ， 切换 到正 常零 输 出状态 ， 开机 结束 。 1 3 5 7 9 l 1 1 3 l 5 1 7 1 9 2 l 2 3 帧数 图 4亮点数统计 根据图 4的规律 ， 可 以通过信号的亮点数和亮 点数 阶跃 点 来 判 断整 段 视 频 中 哪 几 幅 图像 帧 是 开 机检 测 需 要 的 图像 。 当 阶 跃 的数 量 达 到 一 定 数 值 一 鲴一 管 仪 - u 口 _ _ 口 日 _ - 口 雕 址 _ 口 目口 目口 i i 亘 ■ 口 ■ ■ ■ n ■ u ■ ■ n ■ 口 | d l I | 态 正 帽 日1日 日口日 Bj _ H 日 I_ 且 态 ●Ii●Ij且 状 _ { f 0 【 ／ 籁 碾