基于计算机视觉技术的指针式仪表自动校准方法

李海燕

（晋城市质量技术监督检验测试所，山西 晋城 048000）

基于计算机视觉技术的指针式仪表自动校准方法

李海燕

（晋城市质量技术监督检验测试所，山西 晋城 048000）

我们正处在科学技术飞速发展、数据化的时代大环境下，计算机正在蓬勃发展，并且已经渗透到各行各业中，掀起了技术大变革的浪潮，同时也给我国技术设备带来了新的机遇和挑战。文章展望我国仪表设备的发展前景，浅析怎样将计算机视觉技术运用到指针式仪表自动校准的方法中。

计算机视觉技术；指针式仪表；自动校准

计算机视觉技术可以说是计算机“认知能力”的一种技术。它最主要的功能是可以利用摄像机作为人眼，加之电脑相当于人类的大脑，两者结合，共同来实现模拟人类识别系统，并且可以实现信息的储存。以上计算机视觉技术的优点恰好可以弥补当下指针式仪表自动校准的不足，所以在设计指针式仪表的自动校准系统时，可以参考视觉技术。

1 指针式仪表自动校准方法的现状

自动校准系统主要由图像卡、摄像机、驱动装置、连接管路等组成。以下结合当前指针式仪表自动校准方法的特点和多年从业仪表设计工作的经验，介绍我国指针式仪表自动校准方法的现状。

1.1 产品开发周期长

新产品的开发应重视生产周期的缩短，加快进入市场的速度，以求获取更大的市场份额。但是，我国现下的指针式仪表却存在产品开发周期长的情况。因此，在自动化仪表测试技术上，需要重视创新和完善，以获取更加科学的测试方法，降低仪表测试的劳动强度，切实提升测试效率，促进生产的正常进行。

1.2 设计复杂化

在指针式仪表中，自动校准所依赖的主要组成部分是传感器、变送器以及显示器，三者缺一不可，任何一部分出现问题，都会对整个检测仪表系统功能的发挥产生阻碍。随着科技水平的不断提升，需要进行测试的元器件种类增多，品种复杂。在进行测试系统设计的时候，需要重视对产品模型进行多次检验。同时，积极针对新功能进行全面操作，及时解决存在的问题，强调优化。

1.3 操作经验的分析不足

对于指针式仪表装置的检测工作分析不足，因为检测范围较大，所以需要结合实践经验，明确检测线路，保障合理性。通常周期为每天两次，在进行仪表装置检查的时候，需要确保孔板方向安装准确。另外，要做好材料准备工作，结合校准需要，依据现场压力仪表的准确度，进行标准表和管道打孔器装置的选择，全面记录校准结果。

1.4 自动校准方案存在漏洞

自动校准方案在设计的过程中还存在着漏洞。针对自动校准方案，首先是实用型对压力仪表校准比对，处于同一管道，与压力仪表保持合理的距离，而后发挥管道打孔器的作用，有效引出导压管路。同时，将截止阀安装在中间位置，保障截止阀处于关闭状态，在截止阀缓慢打开之后，需要等到管道内流体介质全面进入标准表的范围之后，对仪表的检测数据进行有效记录，同时包含对比数据。其次是理想型对压力仪表的校准对比，需要根据实际情况，进行压力校验台的合理设计，力求简单。在流体介质的管道上，对截止阀进行关闭，有效延长导压管路，实现校准的对比，记录对比结果。

1.5 准备不充分

还存在准备不充分的问题。在线校准预期，其设置目的是满足生产计量的实际需求，有效降低检修的成本支出，要对仪表装置的校准范围进行设置，通常在0～100MPa，同时，将对比准确度设定为1．5%～1．6%之间。仪表装置校准的目的是维护压力仪表的正常使用，在控制范畴内，更加有效发挥其自身的功能。

2 仪表自动校准方法

根据上述我国指针式仪表自动校准方法的现状，加之笔者多年针对仪表工作的研究，计算机视觉技术自动校准方法在仪表中的应用有如下几点。

2.1 绝缘电阻的自动校准方法

绝缘电阻在相对湿度不大于80%的条件下，输入端子和辅助电源对机壳（或同机壳相连的接地端子），以及输入端子对辅助电源端子的绝缘电阻应不低于100。计算机视觉技术在绝缘电阻自动校准的应用时因为可以24小时监测仪表的准确度，这样更容易对仪表的自动调节做到全天候、实时的监测。另一方面，计算机识别技术还可以对周围环境进行识别，这对工业的生产有着很大的意义。传统的工业生产中，对指针式仪表是否精准的监测都是依靠人工来进行，这不仅费时费力，可以说投入很大且效率很低，并且还不一定可以保证监测过的仪表是否精准。而计算机识别技术就可以完美解决这一问题，可以通过利用计算机视觉技术来感应仪表自身释放的红外线、紫外线以及其他可见光的能量大小，然后和仪表正常的光线能量大小进行对比，据这些对比结果可以把仪表的精准度准确判断出来。利用这种方式不仅可以保证指针式仪表的精准度判断，还可以提供极大的便利性、经济性、可见，在仪表自动校准的过程中，计算机识别技术有着很高的应用前景。

2.2 数据采集的自动校准方法

数据采集动态显示模块的功能十分重要，主要包含对一些数据的设置，如测量数据、动态显示数据等，对数据进行判定和分析，完成数据的存储功能。在进行数据自动化采集的过程中，模拟人工进行数据采集，进行仪器的初始化设置，实现对进度以及采样时间的设定，借助专业网站，进行相关内容的下载，结合仪器装置的说明，实现模块安装的指导。对于显示数据的位数，需要结合测试仪器的要求进行设定，同时，数据结果也是自动生成，实现对判别的显示，技术人员能够及时发现数据的不合理性，反复进行测量。

2.3 原始记录的自动校准方法

对于证书和原始记录的形成，借助自动生成功能，目的是为后续计量提供便利，防止人工计量中的误差，切实提升计量的精准性。同时，降低劳动强度。对于计量人员，只需要输入相关的仪器校准信息，明确校准的项目，选择证书模板，对于程序，可以自动生成校准证书和原始记录。

2.4 模块的自动校准方法

在自动化校准系统被启动之后，程序开始运行，操作开始，其操作界面较为简单，风格极具实用性，尤其是其功能区的设置，更加符合使用者的操作习惯。首先，在系统模块中进行被检测项目的设置，明确被检测仪器的GPIB地址，确定设备检测的次数，这一操作流程的目标是避免数据的丢失，实现对测量数据的全面保存，防止操作麻烦的发生。要进行操作语言的选择，执行校准和鉴定，明确测试设备的名称，进行选择，促使初始化设置的完成。当片机程序工作运行时，根据接收到上位机串口通信发送的控制指令，执行电磁阀开闭和启动计时等操作。

2.5 图像分割的自动校准方法

自动校正是计算机通过提取图像分割来实现。图像分割的方法有多种，在此选择直方图的分割技术。直方图的分割技术又称为阈值法，即通过阈值将图像按灰度分类，灰度相同或相近的像素被归入相同目标用于识别。大部分的研究均是对采集的彩色图像按照 RGB 三基色原理，分解成 R、G、B 元素分别进行处理。但是，在实际情况中会受到重叠阴影的影响，导致亮度产生较大偏差。RGB 3个颜色分量对亮度比较敏感，因此不适合用于此处的图像处理。本文采用的是 YIQ 颜色空间，以亮度信息 Y 和颜色信息 I、Q 作为分量。这种颜色空间的聚类性能好，受光照强度变化的影响较小，比较适用于自然条件下获取的彩色图像的分割处理。另外，阈值的分割采用最大类间方差法，该方法适用性好，能实现阈值的自动分割。

3 计算机视觉技术在仪表自动校准方法应用的意义

下面针对以上指针式仪表自动校准方法的现状，探讨有关利用计算机视觉技术的指针式仪表自动校准工作的意义。

基于计算机视觉的技术，通过优化控制算法可以实现指针式仪表的自动校准。采用的开放式控制系统扩展了仪表的功能，提高了零部件的通用性，为创造标准化和模块化的设备，降低人工的使用成本创造了条件。采用的阈值分割法可以消除不同条件下光照变化对仪表自动校准的影响，对目标和背景的区分能力较强。

另外，在加强软件方面设计的同时，也不能忽略对仪表自身的结构和控制系统硬件进行相应的升级。指针式仪表设备布置方便简单，并在传感器设备侧进行了校准，提高了设备的通用性。在实际生产中，设计开放式的指针式仪表，提高零部件的通用性是其未来的发展方向，能使指针式仪表更能满足工业生产的实际需求。

4 结语

综上所述，计算机视觉技术是一门研究计算机识别能力的高新技术，在指针式仪表自动校准方面超越了传统的方法，使仪表的自动校准更加精准。

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