基于HALCON的燃氣表表盤字符識別方法研究*

肖 暉 王宏麗 趙不賄

(1.鎮(zhèn)江計量檢定測試中心，鎮(zhèn)江 212013；2.江蘇大學(xué)，鎮(zhèn)江 212013)

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基于HALCON的燃氣表表盤字符識別方法研究*

肖 暉1王宏麗2趙不賄2

(1.鎮(zhèn)江計量檢定測試中心，鎮(zhèn)江 212013；2.江蘇大學(xué)，鎮(zhèn)江 212013)

膜式燃氣表廣泛用于天然氣貿(mào)易計量，其讀數(shù)一直采用人工讀數(shù)方式，迫切需要研究一種運行速度快、識別率高和魯棒性好的燃氣表表盤字符識別系統(tǒng)以實現(xiàn)對表盤字符自動識別。文章針對這一需求給出了基于HALCON機器視覺軟件的圖像數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)建和針對燃氣表表盤字符的圖像處理關(guān)鍵技術(shù)，包括灰度值調(diào)整、分割圖像、訓(xùn)練OCR和識別對象。實驗結(jié)果顯示，字符識別的速度快、準確度高。

計量檢定；燃氣表；圖像處理；字符識別；HALCON

0 引言

機器視覺，又稱計算機視覺，是用機器代替人眼實現(xiàn)人的視覺功能，即用機器代替人眼來做測量和判斷。正如視覺是人類在自然環(huán)境與社會環(huán)境生存不可缺少的最重要感知器官，機器視覺也是信息技術(shù)中一門至關(guān)重要的技術(shù)[1]。

燃氣表已是我國工商及民用燃氣流量的重要計量儀器，其技術(shù)水平與質(zhì)量穩(wěn)定性是人民生命財產(chǎn)安全的基礎(chǔ)保障，是整個燃氣供應(yīng)產(chǎn)業(yè)鏈中必不可少的部分。作為一種氣體計量工具, 燃氣表的準確度至關(guān)重要。國家計量法律法規(guī)將它列入重點計量器具，實行強制檢定管理。因此需要對燃氣表進行逐一檢定。受成本和可靠性等因素制約，燃氣表絕大多數(shù)未安裝電子讀數(shù)系統(tǒng)，機械表頭示值是其最主要的貿(mào)易計量現(xiàn)實方式。

1 生產(chǎn)線作業(yè)流程介紹

在燃氣表檢定過程中，燃氣表首先通過傳送帶送到達燃氣表檢定工作臺的固定表位前，然后通過機械手安裝到檢定工作臺的固定表位上。開始檢定后，上位機控制鐘罩產(chǎn)生一定的氣體流量，該流量經(jīng)過燃氣表，燃氣表產(chǎn)生讀數(shù)。鐘罩產(chǎn)生的流量由光電掃描傳感器通過下降標尺刻度脈沖獲得, 燃氣表上的讀數(shù)則通過攝像頭實時采集傳給上位機，整個燃氣表檢定系統(tǒng)裝置如圖1所示。因此攝像頭對燃氣表表盤字符的識別及時性和準確率對整個燃氣表檢定系統(tǒng)的正常運行至關(guān)重要。

圖1 燃氣表檢定系統(tǒng)裝置圖

現(xiàn)階段絕大多數(shù)燃氣表檢定過程對燃氣表表盤數(shù)字的識別均采用光標掃描，掃描前要求檢定員調(diào)整光標位置，此種方式浪費人力，效率低，漏采率高。若采用攝像頭自動采集方式，可大大提高效率，降低人力成本，為燃氣表檢定裝置系統(tǒng)提供準確、及時的信息。

2 圖像處理步驟

對于燃氣表表盤字符的識別，采用HALCON軟件中的OCR(Optical Character Recognition)光學(xué)字符識別方法閱讀和識別符號信息。其基本步驟為：獲取圖像、圖像預(yù)處理、分割圖像、訓(xùn)練OCR、讀取圖片和顯示結(jié)果[2,3]。

2.1 獲取圖像

HALCON軟件中提供open_framegrabber算子，通過此算子可訪問圖像采集設(shè)備，后調(diào)用grab_image算子進行圖像采集。采集到的圖像如圖2所示。

圖2 采集到的圖像

2.2 圖像預(yù)處理

2.2.1 圖像灰度化

由于攝像頭采集到的圖片是彩色的，所以要首先要進行圖片的灰度化處理，改善畫質(zhì)，使圖像的顯示效果更加清晰。因此為了更好的進行字符識別，圖像預(yù)處理第一步就是將圖像進行灰度化處理。調(diào)用rgb1_to_gray算子對圖像進行灰度圖轉(zhuǎn)化的結(jié)果如圖3所示。

圖3 灰度化后的圖像

2.2.2 灰度值調(diào)整

為了得到清晰的燃氣表表盤數(shù)字，首先需要將表盤數(shù)字從背景中提取出來，以降低后續(xù)步驟的難度。調(diào)用threshold算子調(diào)節(jié)灰度值，得到如圖4所示的結(jié)果。

圖4 經(jīng)過閾值分割后的圖像

2.2.3 字符分割

首先調(diào)用connection算子將整個圖像的字符分割成獨立的個體；然后調(diào)用 select_shape對特征area，width以及hight進行過濾選擇；最后調(diào)用sort_region對分割好的字符區(qū)域進行區(qū)域歸類。圖5為字符分割后的圖像。

圖5 字符分割后的圖像

2.3 OCR光學(xué)字符識別

光學(xué)字符識別OCR的實質(zhì)即是根據(jù)分割所得的字符所提取的特征，與系統(tǒng)中的模板相比對，將置信度最大的值返回，以此達到識別的目的[4]。由于HALCON中自帶了多種字體模板，在許多情況下均可以直接使用，而且識別率高，所以本實驗直接利用HALCON自帶的字符庫對處理后的字符進行識別。

2.3.1 字符識別

字符識別步驟主要有以下兩點：首先，調(diào)用分類器算子read_ocr_class_mlp對HALCON自帶的字符庫進行讀?。蝗缓罄盟阕觗o_ocr_multi_class_mlp將處理后的圖像與模板通過循環(huán)逐個匹配，最終返回結(jié)果和置信度。

2.3.2 識別結(jié)果顯示

利用for循環(huán)將由do_ocr_multi_class_mlp得到的字符串顯示在序號為WindowID的窗口上。圖6為利用HALCON自帶的OCR分類器識別的最終圖像結(jié)果。

for i :=0 to 4 by 1

disp_message(3600, Class1[i], ′window′, Row[i], Column[i], ′black′,′true′)

endfor

3 結(jié)束語

采用光標掃描對燃氣表數(shù)據(jù)進行采集，每次掃描前均要求檢定員調(diào)整光標位置，此種方式浪費人力，效率低，漏采率高，而且與上位機交接困難。采用機器視覺方法進行此項工作則大幅度降低人工成本和人工讀數(shù)誤差，提高檢定效率和準確率。

下一步工作將是在硬件選型和與上位機接口方面繼續(xù)深入研究，將此圖像處理技術(shù)用于開發(fā)便攜式的儀表讀數(shù)手抄器，推廣到燃氣公司、自來水公司等需要大量快速讀取機械表頭示值的行業(yè)。

圖6 識別結(jié)果顯示

[1] Mori S.Historical review of OCR research and development[J].Proceedings of IEEE, 1992,80(7):1029-1058

[2] 孫懷遠,廖躍華,周夫之,黃憶君.基于HALCON的藥品包裝瓶批號檢測技術(shù)研究[D].上海:上海理工大學(xué)，2008

[3] 彭曉輝.基于HALCON的IC卡噴碼符號識別技術(shù)研究與實現(xiàn)[D].廣州:廣東工業(yè)大學(xué)，2006

[4] 郭勇,吳樂南.行駛車輛的牌照識別系統(tǒng)[J].電子工程師，2000(11):37-41

[5]國際法制計量組織(OIML)的國際建議R137-1&2：2012氣體流量計(Gas Meters)

江蘇高校優(yōu)勢學(xué)科建設(shè)工程資助項目(蘇政辦發(fā)〔2011〕6號)

10.3969/j.issn.1000-0771.2015.06.04