基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的指針式儀表自動校準(zhǔn)方法

李海燕

（晉城市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測試所，山西 晉城 048000）

基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的指針式儀表自動校準(zhǔn)方法

李海燕

（晉城市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢驗(yàn)測試所，山西 晉城 048000）

我們正處在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展、數(shù)據(jù)化的時代大環(huán)境下，計(jì)算機(jī)正在蓬勃發(fā)展，并且已經(jīng)滲透到各行各業(yè)中，掀起了技術(shù)大變革的浪潮，同時也給我國技術(shù)設(shè)備帶來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。文章展望我國儀表設(shè)備的發(fā)展前景，淺析怎樣將計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)運(yùn)用到指針式儀表自動校準(zhǔn)的方法中。

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)；指針式儀表；自動校準(zhǔn)

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)可以說是計(jì)算機(jī)“認(rèn)知能力”的一種技術(shù)。它最主要的功能是可以利用攝像機(jī)作為人眼，加之電腦相當(dāng)于人類的大腦，兩者結(jié)合，共同來實(shí)現(xiàn)模擬人類識別系統(tǒng)，并且可以實(shí)現(xiàn)信息的儲存。以上計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)恰好可以彌補(bǔ)當(dāng)下指針式儀表自動校準(zhǔn)的不足，所以在設(shè)計(jì)指針式儀表的自動校準(zhǔn)系統(tǒng)時，可以參考視覺技術(shù)。

1 指針式儀表自動校準(zhǔn)方法的現(xiàn)狀

自動校準(zhǔn)系統(tǒng)主要由圖像卡、攝像機(jī)、驅(qū)動裝置、連接管路等組成。以下結(jié)合當(dāng)前指針式儀表自動校準(zhǔn)方法的特點(diǎn)和多年從業(yè)儀表設(shè)計(jì)工作的經(jīng)驗(yàn)，介紹我國指針式儀表自動校準(zhǔn)方法的現(xiàn)狀。

1.1 產(chǎn)品開發(fā)周期長

新產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)重視生產(chǎn)周期的縮短，加快進(jìn)入市場的速度，以求獲取更大的市場份額。但是，我國現(xiàn)下的指針式儀表卻存在產(chǎn)品開發(fā)周期長的情況。因此，在自動化儀表測試技術(shù)上，需要重視創(chuàng)新和完善，以獲取更加科學(xué)的測試方法，降低儀表測試的勞動強(qiáng)度，切實(shí)提升測試效率，促進(jìn)生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

1.2 設(shè)計(jì)復(fù)雜化

在指針式儀表中，自動校準(zhǔn)所依賴的主要組成部分是傳感器、變送器以及顯示器，三者缺一不可，任何一部分出現(xiàn)問題，都會對整個檢測儀表系統(tǒng)功能的發(fā)揮產(chǎn)生阻礙。隨著科技水平的不斷提升，需要進(jìn)行測試的元器件種類增多，品種復(fù)雜。在進(jìn)行測試系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時候，需要重視對產(chǎn)品模型進(jìn)行多次檢驗(yàn)。同時，積極針對新功能進(jìn)行全面操作，及時解決存在的問題，強(qiáng)調(diào)優(yōu)化。

1.3 操作經(jīng)驗(yàn)的分析不足

對于指針式儀表裝置的檢測工作分析不足，因?yàn)闄z測范圍較大，所以需要結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，明確檢測線路，保障合理性。通常周期為每天兩次，在進(jìn)行儀表裝置檢查的時候，需要確?？装宸较虬惭b準(zhǔn)確。另外，要做好材料準(zhǔn)備工作，結(jié)合校準(zhǔn)需要，依據(jù)現(xiàn)場壓力儀表的準(zhǔn)確度，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)表和管道打孔器裝置的選擇，全面記錄校準(zhǔn)結(jié)果。

1.4 自動校準(zhǔn)方案存在漏洞

自動校準(zhǔn)方案在設(shè)計(jì)的過程中還存在著漏洞。針對自動校準(zhǔn)方案，首先是實(shí)用型對壓力儀表校準(zhǔn)比對，處于同一管道，與壓力儀表保持合理的距離，而后發(fā)揮管道打孔器的作用，有效引出導(dǎo)壓管路。同時，將截止閥安裝在中間位置，保障截止閥處于關(guān)閉狀態(tài)，在截止閥緩慢打開之后，需要等到管道內(nèi)流體介質(zhì)全面進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)表的范圍之后，對儀表的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行有效記錄，同時包含對比數(shù)據(jù)。其次是理想型對壓力儀表的校準(zhǔn)對比，需要根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行壓力校驗(yàn)臺的合理設(shè)計(jì)，力求簡單。在流體介質(zhì)的管道上，對截止閥進(jìn)行關(guān)閉，有效延長導(dǎo)壓管路，實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)的對比，記錄對比結(jié)果。

1.5 準(zhǔn)備不充分

還存在準(zhǔn)備不充分的問題。在線校準(zhǔn)預(yù)期，其設(shè)置目的是滿足生產(chǎn)計(jì)量的實(shí)際需求，有效降低檢修的成本支出，要對儀表裝置的校準(zhǔn)范圍進(jìn)行設(shè)置，通常在0～100MPa，同時，將對比準(zhǔn)確度設(shè)定為1．5%～1．6%之間。儀表裝置校準(zhǔn)的目的是維護(hù)壓力儀表的正常使用，在控制范疇內(nèi)，更加有效發(fā)揮其自身的功能。

2 儀表自動校準(zhǔn)方法

根據(jù)上述我國指針式儀表自動校準(zhǔn)方法的現(xiàn)狀，加之筆者多年針對儀表工作的研究，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)自動校準(zhǔn)方法在儀表中的應(yīng)用有如下幾點(diǎn)。

2.1 絕緣電阻的自動校準(zhǔn)方法

絕緣電阻在相對濕度不大于80%的條件下，輸入端子和輔助電源對機(jī)殼（或同機(jī)殼相連的接地端子），以及輸入端子對輔助電源端子的絕緣電阻應(yīng)不低于100。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在絕緣電阻自動校準(zhǔn)的應(yīng)用時因?yàn)榭梢?4小時監(jiān)測儀表的準(zhǔn)確度，這樣更容易對儀表的自動調(diào)節(jié)做到全天候、實(shí)時的監(jiān)測。另一方面，計(jì)算機(jī)識別技術(shù)還可以對周圍環(huán)境進(jìn)行識別，這對工業(yè)的生產(chǎn)有著很大的意義。傳統(tǒng)的工業(yè)生產(chǎn)中，對指針式儀表是否精準(zhǔn)的監(jiān)測都是依靠人工來進(jìn)行，這不僅費(fèi)時費(fèi)力，可以說投入很大且效率很低，并且還不一定可以保證監(jiān)測過的儀表是否精準(zhǔn)。而計(jì)算機(jī)識別技術(shù)就可以完美解決這一問題，可以通過利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)來感應(yīng)儀表自身釋放的紅外線、紫外線以及其他可見光的能量大小，然后和儀表正常的光線能量大小進(jìn)行對比，據(jù)這些對比結(jié)果可以把儀表的精準(zhǔn)度準(zhǔn)確判斷出來。利用這種方式不僅可以保證指針式儀表的精準(zhǔn)度判斷，還可以提供極大的便利性、經(jīng)濟(jì)性、可見，在儀表自動校準(zhǔn)的過程中，計(jì)算機(jī)識別技術(shù)有著很高的應(yīng)用前景。

2.2 數(shù)據(jù)采集的自動校準(zhǔn)方法

數(shù)據(jù)采集動態(tài)顯示模塊的功能十分重要，主要包含對一些數(shù)據(jù)的設(shè)置，如測量數(shù)據(jù)、動態(tài)顯示數(shù)據(jù)等，對數(shù)據(jù)進(jìn)行判定和分析，完成數(shù)據(jù)的存儲功能。在進(jìn)行數(shù)據(jù)自動化采集的過程中，模擬人工進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，進(jìn)行儀器的初始化設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對進(jìn)度以及采樣時間的設(shè)定，借助專業(yè)網(wǎng)站，進(jìn)行相關(guān)內(nèi)容的下載，結(jié)合儀器裝置的說明，實(shí)現(xiàn)模塊安裝的指導(dǎo)。對于顯示數(shù)據(jù)的位數(shù)，需要結(jié)合測試儀器的要求進(jìn)行設(shè)定，同時，數(shù)據(jù)結(jié)果也是自動生成，實(shí)現(xiàn)對判別的顯示，技術(shù)人員能夠及時發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)的不合理性，反復(fù)進(jìn)行測量。

2.3 原始記錄的自動校準(zhǔn)方法

對于證書和原始記錄的形成，借助自動生成功能，目的是為后續(xù)計(jì)量提供便利，防止人工計(jì)量中的誤差，切實(shí)提升計(jì)量的精準(zhǔn)性。同時，降低勞動強(qiáng)度。對于計(jì)量人員，只需要輸入相關(guān)的儀器校準(zhǔn)信息，明確校準(zhǔn)的項(xiàng)目，選擇證書模板，對于程序，可以自動生成校準(zhǔn)證書和原始記錄。

2.4 模塊的自動校準(zhǔn)方法

在自動化校準(zhǔn)系統(tǒng)被啟動之后，程序開始運(yùn)行，操作開始，其操作界面較為簡單，風(fēng)格極具實(shí)用性，尤其是其功能區(qū)的設(shè)置，更加符合使用者的操作習(xí)慣。首先，在系統(tǒng)模塊中進(jìn)行被檢測項(xiàng)目的設(shè)置，明確被檢測儀器的GPIB地址，確定設(shè)備檢測的次數(shù)，這一操作流程的目標(biāo)是避免數(shù)據(jù)的丟失，實(shí)現(xiàn)對測量數(shù)據(jù)的全面保存，防止操作麻煩的發(fā)生。要進(jìn)行操作語言的選擇，執(zhí)行校準(zhǔn)和鑒定，明確測試設(shè)備的名稱，進(jìn)行選擇，促使初始化設(shè)置的完成。當(dāng)片機(jī)程序工作運(yùn)行時，根據(jù)接收到上位機(jī)串口通信發(fā)送的控制指令，執(zhí)行電磁閥開閉和啟動計(jì)時等操作。

2.5 圖像分割的自動校準(zhǔn)方法

自動校正是計(jì)算機(jī)通過提取圖像分割來實(shí)現(xiàn)。圖像分割的方法有多種，在此選擇直方圖的分割技術(shù)。直方圖的分割技術(shù)又稱為閾值法，即通過閾值將圖像按灰度分類，灰度相同或相近的像素被歸入相同目標(biāo)用于識別。大部分的研究均是對采集的彩色圖像按照 RGB 三基色原理，分解成 R、G、B 元素分別進(jìn)行處理。但是，在實(shí)際情況中會受到重疊陰影的影響，導(dǎo)致亮度產(chǎn)生較大偏差。RGB 3個顏色分量對亮度比較敏感，因此不適合用于此處的圖像處理。本文采用的是 YIQ 顏色空間，以亮度信息 Y 和顏色信息 I、Q 作為分量。這種顏色空間的聚類性能好，受光照強(qiáng)度變化的影響較小，比較適用于自然條件下獲取的彩色圖像的分割處理。另外，閾值的分割采用最大類間方差法，該方法適用性好，能實(shí)現(xiàn)閾值的自動分割。

3 計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在儀表自動校準(zhǔn)方法應(yīng)用的意義

下面針對以上指針式儀表自動校準(zhǔn)方法的現(xiàn)狀，探討有關(guān)利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的指針式儀表自動校準(zhǔn)工作的意義。

基于計(jì)算機(jī)視覺的技術(shù)，通過優(yōu)化控制算法可以實(shí)現(xiàn)指針式儀表的自動校準(zhǔn)。采用的開放式控制系統(tǒng)擴(kuò)展了儀表的功能，提高了零部件的通用性，為創(chuàng)造標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化的設(shè)備，降低人工的使用成本創(chuàng)造了條件。采用的閾值分割法可以消除不同條件下光照變化對儀表自動校準(zhǔn)的影響，對目標(biāo)和背景的區(qū)分能力較強(qiáng)。

另外，在加強(qiáng)軟件方面設(shè)計(jì)的同時，也不能忽略對儀表自身的結(jié)構(gòu)和控制系統(tǒng)硬件進(jìn)行相應(yīng)的升級。指針式儀表設(shè)備布置方便簡單，并在傳感器設(shè)備側(cè)進(jìn)行了校準(zhǔn)，提高了設(shè)備的通用性。在實(shí)際生產(chǎn)中，設(shè)計(jì)開放式的指針式儀表，提高零部件的通用性是其未來的發(fā)展方向，能使指針式儀表更能滿足工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需求。

4 結(jié)語

綜上所述，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)是一門研究計(jì)算機(jī)識別能力的高新技術(shù)，在指針式儀表自動校準(zhǔn)方面超越了傳統(tǒng)的方法，使儀表的自動校準(zhǔn)更加精準(zhǔn)。

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