專利名稱：基于圖形的物理量數(shù)字化測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種對物理量進行測量的方法，具體是一種基于圖形的物理量數(shù)字化測量方法。用于自動測試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在工業(yè)生產(chǎn)中常常需要對重量、應(yīng)力、應(yīng)變、液位的高度、流體的壓力、流量、真空度等物理量進行自動測量、記錄和控制?，F(xiàn)廣泛應(yīng)用的許多目測式的指標儀器儀表，是人們用肉眼根據(jù)指示的位置和表盤上標尺的刻度讀出被測物理量的測量值。其優(yōu)點在于直接反映被測的物理量的變化，已有長期的制造和使用經(jīng)驗，造價低，免除了使用環(huán)境中電磁場的干擾，可靠性和穩(wěn)定性好。其最大的缺點是沒有測量信號的輸出，因而無法實現(xiàn)數(shù)字化測量，數(shù)字化顯示和數(shù)字化控制。目前最具發(fā)展前途的自動測量技術(shù)是數(shù)字化測量技術(shù)。它可以直接用數(shù)字顯示測試的結(jié)果，更重要的是可以將測量結(jié)果與計算機系統(tǒng)連接?，F(xiàn)有的各種數(shù)字化測量技術(shù)的共同特點是首先將各種物理量轉(zhuǎn)化為電壓信號，然后通過模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)(即A/D轉(zhuǎn)換)轉(zhuǎn)化為數(shù)字量。模數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)十分成熟，已經(jīng)商品化和標準化，價格低廉，通用性強，而且可以達到很高的轉(zhuǎn)化精度。但是這種技術(shù)的缺點是必須設(shè)計制造將不同的場量轉(zhuǎn)化為標準電訊號的傳感器，而傳感元件和傳感器的設(shè)計和制造比較復(fù)雜，成本較高，傳感元件的性能在使用過程中會逐漸發(fā)生變化(即所謂“老化”現(xiàn)象)使其輸出值產(chǎn)生漂移，同時傳感器輸出的模擬電壓信號容易受到外界電場的干擾，影響測試精度。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，專利名稱圖象分析式液位測量裝置及檢測方法，專利申請?zhí)?4106117.5，該專利是利用攝像機通過觀察孔攝取標志目標隨液位變化的圖象，經(jīng)計算機處理后來測定液位高低，并在數(shù)字圖象處理中通過補償及舍取方法來消除抖動和形變引起的誤差。但是增加了裝置的復(fù)雜性，利用幾何光學原理來計算增加了測量誤差，另外攝像頭和被測物體間的距離較遠，則標志物在像素點陣中所占比例很小，讀數(shù)的分辨率低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足和缺陷，提供一種基于圖形的物理量數(shù)字化測量方法，使其用人工視覺代替肉眼直接讀取目測式儀器儀表的測量值，實現(xiàn)數(shù)字化顯示和數(shù)字化控制的方法，克服基于A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字化測量技術(shù)和目測式儀表的缺點而兼具兩者的優(yōu)點。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明將數(shù)碼攝像頭與計算機連接，攝取目測式測量儀表的刻度和測量標志的圖像，應(yīng)用圖像技術(shù)對圖像進行處理，判別指示標志(指針或浮子上的標志)及儀表上刻度的相對位置，計算出被測物理量的數(shù)據(jù)。攝像頭所攝取的圖像是以像素點陣數(shù)據(jù)的數(shù)字化形式輸入計算機的，只要識別出指示標志線圖像和標尺的圖像就可以通過數(shù)值計算求出測量值。
攝像頭及儀表的距離越近則刻度標尺在像素點陣中所占高度越大，讀數(shù)的分辨率就越高，調(diào)節(jié)攝像頭及儀表的距離，使得標尺的圖像盡可能大，使其滿量程圖像盡可能達到像素點陣高度方向的最大值。這就必須使攝像頭及儀表靠得比較近，由于視角的影響，標尺的圖像將產(chǎn)生一定程度的畸變，而且，畸變的程度沿著高度方向呈非線性，為了盡可能減少這種非線性的圖像畸變對測量值的讀數(shù)所造成的影響和提高分辨率，本發(fā)明采取根據(jù)圖像自動校正讀數(shù)的方法第一步預(yù)先輸入該儀表滿刻度時的最大量程Vmax，掃描整個標尺記錄下粗分度線的次數(shù)n，在任何兩個粗分度線之間掃描，記錄下細分度線次數(shù)m。
第二步按照標尺的粗分度線搜索測量值標志線的位置。從標尺的底部開始掃描，記存搜索到測量值標志時所經(jīng)過的粗分度線的次數(shù)，此次數(shù)減1，定義為A值。
第三步按照標尺的細分度線搜索測量標志線的位置，從a位置開始向上掃描記取搜索到測量標志線時掃過細分度線的次數(shù)，定義為B值。
第四步用插值法確定測量值標志線在B和B+1分度線之間的位置，定義B至B+1之間的像素點數(shù)為x1，B至標志線之間的像素點數(shù)為x2，令c=x2x1,]]>c=x2x1]]>＝0.7)。則可以用下式計算出測量值VV=[A+(B+C)1m+1]Vmaxn-1]]>
同理，對于用指針角度表示物理量數(shù)值的各種圓盤式儀表，同樣是利用上面所述的方法來進行圖像自動校正讀數(shù)。由于此類型儀表每一條刻度線與水平線的角度都不相同，所以在攝像頭搜索標志線位置時，要能對分度線做準確的判別，以便記錄測量標志線所經(jīng)過的分度線次數(shù)。因此要分兩種情況考慮測量值在 范圍內(nèi)，此時刻度線與水平線的夾角≤90°測量值在 范圍內(nèi)，此時刻度線與水平線的夾角之90°編制不同的軟件對這兩種圖像進行處理，分別得出較精確的A，B，C值，由于B與B+1之間距離很短，角度變化不大，可以近似看成平行，C值同樣線性化得到為 所以最終得出測量值仍為V=[A+(B+C)1m+1]Vmaxn-1.]]>測量值V可以用數(shù)字顯示的方法輸出，也可以用V與時間的關(guān)系曲線的形式輸出，并根據(jù)曲線的斜率隨時間的變化計算V的變化速率。而且測量值作為一個數(shù)字量還可以被計算機軟件系統(tǒng)中其他模塊(例如顯示模塊，自動控制模塊)等直接調(diào)用。
本發(fā)明具有設(shè)備成本低，完全避免環(huán)境電磁場干擾，克服了目測式儀表無信號輸出的缺點，直接實現(xiàn)各種物理量的數(shù)字化測量。在提高分辨率的同時可消除圖像畸變對測量讀數(shù)的影響，因而本發(fā)明具有突出的實質(zhì)性進步和明顯的優(yōu)點。


圖1本發(fā)明方法標志線粗分度線讀數(shù)示意2本發(fā)明方法標志線細分度線讀數(shù)示意3本發(fā)明方法標志線最終位置讀數(shù)示意圖具體實施方式
結(jié)合附圖以及本發(fā)明的內(nèi)容提供實施例，對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步的理解。
如圖1-3所示，以下為實施例的具體內(nèi)容，實施例中的A、B、C分別對應(yīng)于圖1、2、3中的A、B、C
實施例1浮子流量計，應(yīng)用在滲碳/氮爐中氣體的流量測量，有很明顯的刻度標志線，指示標志浮子可以被攝像頭輕松捕捉到，此流量計最大量程數(shù)值為1.2，粗分度線個數(shù)n＝7，細分度線個數(shù)m＝3，當浮子停留在某一位置并穩(wěn)定后，按照粗分度線紀錄到浮子所經(jīng)過的次數(shù)減1為A＝2，從A開始記錄細分度線所經(jīng)過的次數(shù)B＝2，用插值法確定浮子在B和B+1分度線之間的位置C＝0.6，根據(jù)V=[A+(B+C)1m+1]Vmaxn-1]]>最后得出測量結(jié)果V＝0.53，直接以數(shù)值形式輸出此結(jié)果。
實施例2壓力表，測量冷卻速度試驗平臺上的圓盤式儀表，該壓力表最大量程為0.6，粗分度線個數(shù)n＝7，細分度線個數(shù)m＝4，當指針穩(wěn)定停留在 范圍內(nèi)的某一點時，按照粗分度線紀錄到指針所經(jīng)過的次數(shù)減1記為A＝4，從A開始記錄細分度線所經(jīng)過的次數(shù)B＝3，用插值法確定指針在B和B+1分度線之間的位置C＝0.4，根據(jù)V=[A+(B+C)1m+1]Vmaxn-1]]>計算出測量結(jié)果V＝0.468，該結(jié)果以數(shù)值形式輸出。
實施例3壓力表，真空爐外的圓盤式測量裝置，該壓力表最大量程為1.6，粗分度線個數(shù)n＝5，細分度線個數(shù)m＝7，當測量時指針穩(wěn)定在 范圍內(nèi)某一點時，按照粗分度線紀錄到指針所經(jīng)過的次數(shù)記為A＝1，從A開始記錄細分度線所經(jīng)過的次數(shù)B＝4，用插值法確定指針在B和B+1分度線之間的位置C＝0.2，根據(jù)V=[A+(B+C)1m+1]Vmaxn-1]]>計算出測量結(jié)果V＝0.61，以數(shù)值形式輸出。
應(yīng)用本發(fā)明方法只需要一個數(shù)碼攝像頭和一臺計算機，攝像頭靠近儀表，完全避免了環(huán)境電磁場的干擾，并根據(jù)V=[A+(B+C)1m+1]Vmaxn-1]]>公式消除圖像畸變，克服了目測式儀表無信號輸出的缺點，直接實現(xiàn)各種物理量的數(shù)字化測量。
權(quán)利要求
1.一種基于圖形的物理量數(shù)字化測量方法，其特征是，將數(shù)碼攝像頭與計算機連接，攝取目測式測量儀表的刻度和測量標志的圖像，應(yīng)用圖像技術(shù)對圖像進行處理，判別指示標志即指針或浮子上的標志及儀表上刻度的相對位置，計算出被測物理量的數(shù)據(jù)，攝像頭所攝取的圖像是以像素點陣數(shù)據(jù)的數(shù)字化形式輸入計算機的，只要識別出指示標志線圖像和標尺的圖像，通過數(shù)值計算就能求出測量值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于圖形的物理量數(shù)字化測量方法，其特征是，數(shù)碼攝像頭及目測式測量儀表的距離越近則刻度標尺在像素點陣中所占高度越大，讀數(shù)的分辨率就越高，調(diào)節(jié)攝像頭及儀表的距離，使標尺的圖像盡可能大，使其滿量程圖像盡可能達到像素點陣高度方向的最大值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于圖形的物理量數(shù)字化測量方法，其特征是，當數(shù)碼攝像頭及目測式測量儀表的距離很接近時，由于視角的影響，標尺的圖像將產(chǎn)生畸變，而且，畸變的程度沿著高度方向呈非線性，為了盡可能減少這種非線性的圖像畸變對測量值的讀數(shù)所造成的影響和提高分辨率，采取根據(jù)圖像自動校正讀數(shù)的方法，即預(yù)先輸入該儀表滿刻度時的最大量程Vmax，掃描整個標尺記錄下粗分度線的次數(shù)n，在任何兩個粗分度線之間掃描，記錄下細分度線次數(shù)m，計算機自動搜索圖像中測量標志的位置，從刻度開始向滿刻度方向掃描，記取搜索到標志之前的粗分度線的數(shù)目減1記為A，繼而從A開始掃描，記取達到標志之前的細分度線的數(shù)目B，然后讀出B至B+1分度線之間的像素點數(shù)x1和B至標志線之間像素點的數(shù)目x2，令c=x2x1]]>按照V=[A+(B+C)1m+1]Vmaxn-1]]>求得測量值V的數(shù)值，用數(shù)字顯示最終的測量結(jié)果。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于圖形的物理量數(shù)字化測量技術(shù)，其特征是，對于用指針角度表示物理量數(shù)值的圓盤式儀表在應(yīng)用圖像自動校正讀數(shù)方法時，分兩種情況(1)測量值在 范圍內(nèi)，此時刻度線與水平線的夾角≤90°(2)測量值在12Vmax-Vmax]]>范圍內(nèi)，此時刻度線與水平線的夾角≥90°編制軟件對這兩種圖像進行處理，在攝像頭搜索時，對分度線和標志線位置做準確的判別，分別得出較精確的A，B，C值，由于B與B+1之間距離很短，近似看成平行，C值同樣線性化得到為 所以最終得出測量值仍為V=[A+(B+C)1m+1]Vmaxn-1.]]>
全文摘要
一種自動測試領(lǐng)域的基于圖形的物理量數(shù)字化測量方法，將數(shù)碼攝像頭與計算機連接，攝取目測式測量儀表的刻度和測量標志的圖像，應(yīng)用圖像技術(shù)對圖像進行處理，判別指示標志即指針或浮子上的標志及儀表上刻度的相對位置，計算出被測物理量的數(shù)據(jù)，攝像頭所攝取的圖像是以像素點陣數(shù)據(jù)的數(shù)字化形式輸入計算機的，只要識別出指示標志線圖像和標尺的圖像，就能通過數(shù)值計算求出測量值。本發(fā)明具有設(shè)備成本低，完全避免環(huán)境電磁場干擾，克服了目測式儀表無信號輸出的缺點，直接實現(xiàn)各種物理量的數(shù)字化測量。在提高分辨率的同時可消除圖像畸變對測量讀數(shù)的影響，并可以用于非線性分度的儀表等一系列優(yōu)點。
文檔編號G01D21/02GK1614358SQ20041008454
公開日2005年5月11日 申請日期2004年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月25日
發(fā)明者潘健生, 王婧, 張偉民, 劉占倉, 胡明娟 申請人:上海交通大學