玻璃管温度计的结构特点及示值视觉检测系统

宋野++陈星驰++杜健

摘 要：温度计示值视觉检测系统是以温度计的机构特点为基础，并且根据温度记的具体实际工作环境进行研制。温度计示值视觉检测系统工作的具体依据是温度计显像读数是横向的，凭借灰度极小值的方法以及水平投影的方法，提取温度计相应图像，并且依据刻度线特有的垂直特性，凭借模板二值化的方式对温度计图像进行处理，并且将处理完毕的图像细化，加以分析得到刻度线的相应位置。然后再凭借hough变换，通过腐蚀算法和膨胀算法进行结合，进一步得出液柱头的相应的位置，分析投影，进而得出温度正确的示值。通过相应的试验可以证明温度计示值视觉检测系统更为稳定，更为可靠，识别的精度可以达到0.01℃以上。

关键词：玻璃管温度计 结构特点 示值视觉 检测系统

中图分类号：TH7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）08（b）-0100-02

玻璃管温度计不论是在设计的过程中，还是在使用的过程中，都有很多优点：设计过程较为经济，在进行温度测试时，操作较为简单方便，测试结果准确度较高。是当前检测技术中，十分重要的测温工具。玻璃管温度计广泛的应用于船舶、石油、机械以及化工等行业。玻璃管温度计通常是由薄壁感温泡（玻璃材质）、感温液体以及带有均匀刻度的毛细管构成。具体的工作原理是凭借感温液体会随着测试液体温度的变化发生热胀冷缩。本文更新了以往温度计的读数算法。这种算法首先提取温度计的图像部分，然后对图像进行相应的处理，进一步提升了运算的速度。而且，因为温度计的刻度线为垂直方向，应用已经设定好的特定模板，对温度计的刻度线进行二值化处理，实用性更好。

1 系统总体设计

温度计示值视觉检测系统是由光源、玻璃管温度计、处理器、温控装置、摄像机以及计算机监控中心空城。依据系统特点，进行实验设备的搭建工作：（1）光源，凭借多次反复试验确定，通过节能日光灯的使用，使得摄像机拍摄的具有较好的连续性、均匀性以及重复性；（2）温控装置，应用恒温水浴锅，具体型号为HHS-1，将温度设定妥当后，加热时间更短，热能的损耗更小，监控更为方便，监控的精度也更高；（3）摄像机，摄像机是有工业相继和镜头构成，相机的传感器为CCD，其采集的速度为每秒20帧，分辨率可以高达1600×1200，在确保图像质量的通知，提高的图像的采集速度。

2 算法实现

2.1 温度计图像提取

提取图像的主要目的是为了将温度计图像在拍摄图像中进行提取。所应用的方法是，灰度化所拍摄的所有图像，然后将所拍摄的图像进行二值化处理，应用的方法是灰度极小值，然后进行投相，得到的是温度计拍摄图像的上下边缘位置，最后将温度计图像在所拍摄图像中提取出来。

2.2 温度计刻度线提取

一般情况下，温度计图像中的刻度线均为垂直线，因为温度计的这个特点，应用已经存在的特定模板，二值化处理所得图像。在二值化处理的过程中，模板法的实质是对图像进行局部的二值化处理，在这个过程中，因為模板的方向和温度计的刻度线方向处于平行状态，所以，即使光照不均匀，二值化处理的效果也是十分不错的，如果使用线性测试，那么二值化处理效果更佳。模板法进行二值化处理的过程中，模板的规格为15×15的矩形，其中，周围部分所起到的作用是，去除图像边缘，防止对后续处理工作产生影响。对比模板法和固定阈值法，可以得出相应的二值化图像。模板二值化的过程中，模板2区域和模板1区域的差值用x表示，阈值用m表示，阈值所起的作用是调节。然后对应图像中的点（i，j）进行二值化定义，具体为：

2.3 温度计液柱提取

在图像处理过程中，图区温度计液柱是为了得到液柱头的具体位置。在图像中，液柱的方向为水平方向，可以凭借这个特点将模板的方向进行改变，然后二值化温度计图像，就可以得出相应的液柱图像。将模板进行90度旋转，就会形成新的模板，应用新的模板，对温度计图像进行二值化处理，继而可以得出液柱二值化图像，其中，液柱的方向为水平，并且，长度也是最长的，对二值化独享进行相应的腐蚀处理以及水平膨胀处理，凭借水平hough变换进行图像中液柱线的提取。进而得出液柱头的具体位置。凭借液柱图像扫描像素矩阵，得到相对应的像素位置，并且记录此位置，记录为yt。

2.4 温度计字符图像提取

在进行温度计读数时，温度计字符的大小和形状并不相同，人工读取温度计数字字符并且加以识别，工作量十分巨大，另外读取精度并不能保证，本文只提取了字符图像，但是不进行字符的识别，凭借手动进行字符的输入。提取字符图像的具体步骤为：（1）在进行图像拍摄的过程中，为了使得图像更为均匀，增加光源，因此，在拍摄过程中，只需要对图像的对比度以及亮度进行增强；（2）二值化处理所得到的温度计图像，本文选择最大类间方差法；（3）将步骤（2）所处理的图像距离下边缘1/3的位置，画一条白线，方便后续读数的提取；（4）对最大连通域进行检测，将步骤（2）所得到的图像的最大连通域进行检测，提取其对应的轮廓面积[2]；（5）将字符图像进行提取，计算步骤（4）的图像高度。

2.5 寻找两字符对应长刻度线位置

提取完温度计字符后，进行对应长刻度线位置的确定，因为weizhi数组已经将每条刻度线的高度和刻度线的位置进行记录，将已经去除刻度线只剩余长刻度线的位置，记录在数组ckd中，凭借两字符位置以及长刻度位置的分析比较，可以得到长刻度线的对应位置坐标w1、w2，字符对应的实际数值为z1、z2。

2.6 结果计算

将以上两个字符对应的长刻度坐标值w1、w2以及其代表的实际值z1、z2，通过计算，可以得出图像中每一个像素的分度值xf，具体的计算方法为：，将分度值计算完毕后，将第一个字符作为参考点，最后温度计的读数的计算方式为：。

3 实验结果与分析

玻璃管温度计的示数会随社恒温水浴锅的温度的改变而发生变化，与此同时，应用像素为200万的CCD工业相机进行温度计读数的读取工作。本文涉及的试验所选取的温度计为精创玻璃水银温度计，该温度计最小分度值为0.1℃，具体量程为0～50℃，在进行实际的玻璃管温度计读数时，应该估读最小分度值的下一位，凭借温度计示值视觉检测系统，可以估读至最小分度值的后3位。应用该系统进行读数与人工进行玻璃管温度机读数的差值小于0.1℃，人人工读数只能估读第二位，由此可以得出，温度计示值视觉检测系统的应用，可以使得温度计读数更为精准。

4 结语

为玻璃管温度计在图像中的相应特点，提出温度计示值视觉检测系统，并且反复的通过试验证明了该系统更为可行，更为有效。该系统的应用，可以代替人工读数，可以进一步提高读数的精准性。玻璃管温度计的液柱以及刻度线，可以凭借模板取得更好的效果，与此同时，避免了因为亮度不均影响图像处理效果。温度计示值视觉检测系统的应用，使得温度计读数更快，更准。

参考文献

[1] 喻晓虎，孙世海，彭瑞军，等.玻璃液体温度计自动读数系统的研制[J].计量技术，2012（12）：62-64.

[2] 王学智，杨国松.玻璃液体温度计自动检测方法[J].湖北 水利水电职业技术学院学报，2013（2）：21-24.

[3] 李宁，汪仁煌，刘孝峰，等.基于机器视觉的温度测量系统的设计及应用[J].计算机与现代化，2012（9）：89-91.endprint