基于边缘检测技术的温度计自动检定装置研制

2014-08-15段宏

科技传播 2014年4期

段宏

大同市质量技术监督局检验测试所，山西大同 037008

0 引言

玻璃液体温度计是一种根据热胀冷缩原理制成的膨胀式温度计。温度计需要定期进行检定，可以根据温度计的使用情况确定多长时间检定一次，这个时间通常不能超过1 年。目前温度计的检定方法是通过对其外观、示值稳定性以及示值误差来进行检定。但传统的检定方法工作效率不高，需要的劳动量较多而且读数误差偏大。因而，为了能够提高检定的效率以及准确性，利用边缘检测技术，开发了一款能够自动识别温度计示值的软件，并改造了的检定槽。从而研制出了自动化的温度计检定装置，使温度计的检定不再依靠大量的人工劳动。

1 边缘检测技术的现状

边缘是图像的最基本特征之一，由于边缘部分存储有可以识别图像的信息，因此检测图像的边缘在图形分析和计算机视觉等领域中有重要的应用作用，是识别和分析图像的重要手段，所以可以使用边缘检测技术获得图像信息或识别图像模式。

1.1 边缘检测的常见方法

1.1.1 样板匹配法

处理的非常好的微小的图像边缘可以构建出原图像边缘的样板，将选择范围内的图片像素与边缘样板对照，最终可以将图像边缘部分确定出来。例如，可以通过方向边缘模板检测出图片不同方向的边缘。

1.1.2 纹路边缘检测法

不同类型图像的图形主体和背景的纹路不同，可以通过比较不同的纹路区的灰度级的平均值不同的特性检测图像边缘；相反，如果图像背景和对象的纹路相似或图像的灰度平均值相同，就不能使用纹路边缘检测的方法。

1.1.3 利用连续小波检测边缘

细胞图像边缘检测一般以小波分析为基础，但是因为小波分析可以局部进行时-频分析，所欲图像的能量可以被集中在边缘区域，再加上图像突变的灰度值可以在局部取得最大值，它的变换膜的值可以反映边缘点的特性。噪声会使检测图像的边缘内侧的小波的变换膜减小，因此利用连续小波边缘检测法检测图像边缘时，噪声就具有了滤波的功能。

除以上具体介绍的三种边缘检测技术外，边缘聚焦、增强边界和曲线及微分算子法等图像边缘检测方法也是边缘检测的常用方法。可以根据图像的边缘特点选择合适的方法进行边缘检测，已达到良好的检测效果，提高图像分析的可靠性。

1.2 边缘检测技术的现状

从最初的梯度分析法到现在的小波时/频分析法，由原来的经典边缘检测算子法到如今的神经网络分析法，边缘检测技术经历了一个较长的发展历程。但是一直以来对边缘检测技术的研究都是以如何找出不具连续性的强度变化、抑制细节和噪声作用及保持边缘定位精细度三个问题为中心的。由于图像不同或同一图像用处不同，要用到的边缘检测技术也不一样，可以针对具体情况联合使用多种方法进行边缘检测，同时也要不断地发展新技术，迎合图像边缘检测技术将来的发展趋势。

2 边缘检测技术在温度计检定装置中的应用

长久以来，温度计的检定一般都是利用望远镜人工观测和记录温度计的指示值，这种方法的效率不高，工人也要不停的工作，疲劳工作等各种原因造成的读数误差使温度计的鉴定工作并不准确。由于在油料的化验和计量工作中经常会用到玻璃液体温度计，因此本文将以为检定玻璃液体温度计而设计的自动装置为例，探讨边缘检测技术在温度计检定装置中的应用。

2.1 自动检定装置的组成和工作原理

计算机控制系统、跟踪定位控制执行单位、跟踪定位摄像单位、温度计插槽自动定位单位和高精度精密恒温槽等原件共同组成了玻璃液体温度计的自动检定装置。通常进行温度计检定的顺序为：标准样本温度计→被检测的温度计1 →被检测的温度计2 →···→被检测的温度计n →被检测的温度计n →···→被检测的温度计2 →被检测的温度计1 →标准样本温度计。为了严格遵守《检定规程》，设计温度计插槽时将其设计成两层的圆盘状插槽，用圆形弹簧将先后插入插槽的标准样本温度计和被测温度计固定住。温度计插槽自动定位元件在精密度较高的电机带动性作旋转运动，同时跟踪摄像定位单元也随电动机沿精密丝杆作上下的垂直于插槽的运动；在计算机的控制系统中设定旋转的角度和运动的高度，并命令控制系统发送设定数据给跟踪定位控制操作单位的单片机，采集到的温度计液柱图像将借助视频连接线传输给计算机，由分析图像的软件将温度计液柱图像数字化为温度计示值，最终从计算机获得检定信息、原始记录合检定证书。

2.2 自动检定装置的设计难点

2.2.1 自动跟踪采集感温液柱的变化

图像识别的第一步是采集清晰的玻璃温度计感温液柱的图像。但由于不同种类的温度计其分度值与测量的范围各不相同，再加上测量时又有局浸和全浸之分，因此被检温度计的感温液柱的位置也有所不同。为了使这些问题得到解决，相关试验员建立了温度计的类型库，并设计了一款软件来实现自动定位的功能，又将摄像移动的高度和电机的旋转角度预先设定并保存，以期能自动跟踪拍摄。设计人员将油烟罩、抽风系统和环形照明灯安装在温度计插槽的自动定位元件上，以便能够在检定时获得质量较高的温度计液柱图像。

2.2.2 感温液柱图像变化的识别

图像变化的识别过程可分为三步：首先将图像进行预处理使图像主体和图像背景分离，这样能够提高提取和匹配的图像边缘的精度，从而使图像转变成清晰的点线图。其次是提取液柱图像的边缘部分，该过程要先利用边缘检测的方法获得图像边缘亮而粗的部分，然后再细致处理图像的边缘、使图像边缘平整无毛刺，并将图像边缘缩窄。最后是边缘图像的三线识别过程。在这一过程中根据已经计算得出的液柱与长刻线的相对位置来进行运算，确定长刻线、短刻线还有液柱的位置，然后通过相关计算得到温度计的示值。由于每个温度计有不同的检定点，只有每个检定的检定都合格时该温度计才被判定为合格。在对温度计进行检定时，不同的检定点需要在不同的检定槽进行，而不同的检定槽又由不同的计算机控制。因而需要将所有用于检测的计算机用网线连接起来，并将其中的一台作为服务器，所有的检定结果都向该计算机发送，由这台计算机来判定被检温度计是否合格。