一種基于OpenCV的測量電阻設計*

丁澤宇，弓 偉

(1.長治學院，山西 長治 046000； 2.廣州中醫(yī)藥大學，廣東 廣州 510006)

0 引言

近年來，伴隨著電子技術的飛速發(fā)展，實驗室中各式各樣的電阻越來越多。尤其是在學生上完實驗課后，收集起來的大量電阻在分類時，需要人工拿著萬用表挨個測量，費時費力。圖像識別電阻的方法成為近些年來的研究方向。付秀芹在她的研究中利用了電阻色環(huán)的特性，使用圖像的方法對電阻進行了初步識別[1]。之后劉桄序又對色環(huán)的編碼規(guī)律進行了深入的研究[2]。后續(xù)大家又對不同種類的電阻做了研究并且設計了軟件系統(tǒng)使得識別電阻的工作能夠全自動完成[2-4]?；谝陨瞎ぷ鳎疚闹械幕贠penCV的攝像頭測量電阻分為軟件系統(tǒng)和算法，如圖1和圖2所示。圖1中手機端負責拍照，將圖片發(fā)送到服務器端。服務器端通過算法計算出結果，返回手機端顯示。而算法部分分為以下幾個步驟，背景去除，定位電阻位置，定位色環(huán)位置，計算結果。

圖1 攝像頭測電阻的系統(tǒng)結構

1 色環(huán)電阻的介紹

色環(huán)電阻上有四道色環(huán)或者五道色環(huán)用來表示電阻值。這樣可以從任意角度來讀取電阻的顏色信息，無論電阻怎么擺放，都可以方便地從顏色信息上讀取出該電阻的阻值，便于檢測和更換維修。本系統(tǒng)以四環(huán)電阻作為示例講解。

圖2 色環(huán)電阻的介紹

第一色環(huán)是十位數(shù)，第二色環(huán)是個位數(shù)，第三色環(huán)是應乘顏色次冪顏色次，第四色環(huán)是誤差率。其具體的顏色對應關系為：棕1，紅2，橙3，黃4，綠5，藍6，紫7，灰8，白9，黑0。例如：棕、紅、紅、金，其阻值為12×10^2=1.2K，誤差為±5%。圖2為一個根據(jù)色環(huán)讀取電阻的例子。

誤差表示電阻數(shù)值，在標準值1200上下波動(5%×1200)都表示此電阻是可以接受的，即在1140～1260之間都是好的電阻。

2 識別電阻的算法

2.1 背景去除

首先需要將大量的電阻放置在一張白紙上，并且保證相互之間沒有重疊，如圖3所示。由于電阻在圖像中的顏色和白紙之間的差別較大，則可以通過設定圖像的閾值將白紙和電阻分離開來。經(jīng)過大量的實驗觀察，白紙的R,G,B的標準差較小，而色環(huán)顏色的R,G,B標準差比較大。因此可以設定閾值為15來判別電阻和白紙

(1)

圖3 去除背景后的電阻圖像

2.2 定位電阻位置

在區(qū)分背景之后，需要區(qū)分開多個電阻。于是首先對圖像進行二值化，將電阻的圖像轉(zhuǎn)化為白色，背景為黑色。但是電阻還有周邊的導線以及陰影的影響，需要先進行膨脹腐蝕操作，去除干擾。在剩下的白色圖像中找到他們的最小外接矩形，該矩形要滿足：長寬比大于1.8，并且電阻圖像占矩形的面積百分比不得小于70%。如圖4所示為滿足條件的電阻圖像。

(2)

2.3 定位色環(huán)位置

圖2中的第三個色環(huán)為紅色色環(huán)，則橙色的R,G,B值為(160,85,55)則，識別橙色的閾值范圍為相對應的R,G,B值上下浮動10%，即橙色的閾值為R(144,176),G(76.5,93.5),B(49.5,60.5)，其他顏色類似。則使用上述閾值檢測出來的橙色色環(huán)位置如圖5所示。其他顏色的色環(huán)的閾值對應關系如表1所示。

圖4 分割出來的電阻圖像

圖5 識別色環(huán)位置

色環(huán)顏色閾值(R,G,B)棕(210,105,30)紅(255,5,5)橙(160,85,55)黃(247,238,214)綠(5,250,5)藍(5,5,250)紫(247,238,214)灰(247,238,214)白(250,250,250)黑(5,5,5)

從圖中可以看出有很多干擾的斑點，為了找到色環(huán)的位置，同樣可以使用OpenCV找到每個白色圖像的最小外接矩形。設置長寬比限制在4以上，同時約束面積須大于20作為條件，找到色環(huán)所對應的最小外接矩形，選擇矩形中所有像素的中心點坐標作為該色環(huán)的坐標位置，如公式3所示。同理，遍歷10種顏色，如果能找到相應顏色的色環(huán)，使用相同的方法計算色環(huán)的位置。

(3)

2.4 計算結果

在遍歷完10種顏色之后，可以得到各個色環(huán)在電阻中的位置關系。在遍歷10種顏色之后，得到4種顏色的色環(huán)位置，其中黑色有兩個，則可以簡單通過橫坐標對其進行排序。則圖中的電阻色環(huán)從左到右依次為：黑(262,214)，橙(288,252)，黑(337,293)，紫(383,342)，黃(427,401)。根據(jù)：棕1，紅2，橙3，黃4，綠5，藍6，紫7，灰8，白9，黑0的規(guī)則，第一色環(huán)為0，第二色環(huán)為3，第三色環(huán)為0，第四色環(huán)為7，第五色環(huán)為4。則其電阻的計算結果為30×107Ω，誤差為±5%。

3 結論

本文介紹了一種基于OpenCV開發(fā)的攝像頭識別電阻的系統(tǒng)。系統(tǒng)由軟件系統(tǒng)和算法組成。軟件系統(tǒng)分為手機客戶端和服務器端，手機客戶端負責采集圖像發(fā)送給服務器，服務器通過算法計算出軟件阻值之后發(fā)送給手機客戶端顯示。算法部分分為去除背景，電阻定位和色環(huán)定位。通過軟硬件的結合，本系統(tǒng)能夠快速識別大量電阻阻值，省去了人工使用萬用表測量阻值的繁瑣過程。