电子设备状态显示功能自动测试方法

袁浩

（中车株洲电力机车研究所有限公司）

电子设备状态显示功能自动测试方法

袁浩

（中车株洲电力机车研究所有限公司）

介绍了电子设备通过指示灯显示工作状态的功能，针对测试该功能采用人工观察方法的弊端，提出一种基于图像处理技术的自动测试方法。该方法利用图像处理技术对指示灯图像分析处理，实现自动识别指示灯状态，从而获得与指示灯状态相应的电子设备的工作状态。

图像处理；自动测试

0 引言

目前，多数电子设备配带有指示灯，并通过指示灯显示电子设备当前工作状态，一般称为灯显功能，即通过指示灯的点亮状态、熄灭状态和闪烁频率等，表示电子设备所处的工作状态。该功能可使用户简明方便地了解电子设备的工作状态。为保证灯显功能的正常，需对其进行测试。测试主要采用人工观察法，其存在2个弊端：人眼长时间工作时，易疲劳从而造成误判，导致测试结果不准确；无法准确获得指示灯闪烁频率。为此，本文提出基于图像处理技术的自动测试方法。

1 自动测试方法

本文提出的自动测试方法分为4个步骤：指示灯图像获取、图像处理分析、图像分析结果显示和测试结果，其流程如图1所示。

1.1 指示灯图像获取

首先摄像机对电子设备进行实时拍摄，然后在帧图像数据中截取指示灯局部图像。局部图像截取方法：截取长L、宽W的矩形图像，且该矩形中心与指示灯中心位置重合；L、W根据指示灯形状及面积设置，须满足截取后的矩形图像不包含指示灯以外的图像，不同形状指示灯图像截取方法示意图如图2所示。LED0、LED1、LED2分别用斜线、方格和点表示，指示灯以外部分以空白表示，可见图2中指示灯局部图像不包含任何指示灯以外的图像。这种截取方法可避免指示灯形状不同带来的影响，更有利实现灯显功能自动化测试。

图1 自动测试方法流程图

图2 不同形状指示灯图像截取方法示意图

1.2 图像处理分析

1.2.1 指示灯局部截图灰度变换

指示灯局部截图原图为24位真彩色图像，为减少图像处理的数据量，提高处理速度，将指示灯24位真彩色图像利用灰度变换转为8位灰度图像。设图像中每个像素点红色分量、蓝色分量和绿色分量分别为R(i,j)、B(i,j)和G(i,j)，灰度变换后的图像灰度值用F(i,j)表示。为更真实地模拟用户肉眼观察的效果，灰度值通过式(1)计算获得[1]。

指示灯截图灰度变换如图3所示。

图3 指示灯截图灰度变换

为优化选取灰度图像二值化阈值，可以观察指示灯灰度值三维柱状图。将指示灯灰度图以像素二维平面坐标作为X-Y坐标，以像素灰度值作为Z坐标，绘制三维柱状图，如图4、图5所示。

图4 指示灯点亮时灰度值三维柱状图

图5 指示灯熄灭时灰度值三维柱状图

1.2.2 指示灯灰度图二值化

指示灯的局部截图需要二值化处理，为进一步减少计算量，提高运算速度，采用全局阈值二值化方法对指示灯灰度图像进行处理[2]。灰度图亮度为单通道数值，用1个字节表示，其最大值为255，最小值为0。在进行二值化处理时，需要根据实际情况设置二值化阈值S。S取值条件：假设局部灰度图像总共有M个像素点，当指示灯点亮时，使得局部灰度图像中有0.85M个像素的灰度值大于S，且当指示灯熄灭时，使得局部灰度图像中有0.55M个像素的灰度值小于S，如式(2)所示。

当S确定以后，将指示灯灰度图像中每个像素点灰度值与S比较，当像素点灰度值大于等于S时，则将其灰度值设置为255；若像素点灰度值小于S，则将其灰度值设置为0。二值化变换前，像素灰度值为f(i,j)，二值化变换后，像素灰度值为H(i,j)，如式(3)所示。

对二值化处理后的图像进行像素点灰度值统计。设灰度值为0时像素点Q个，灰度值255时像素点为P个，指示灯状态为G，点亮时G=1；熄灭时G=0，如式(4)所示。

经过二值化处理，得到指示灯点亮和熄灭时的二值化截图，如图6所示。

1.2.3 指示灯闪烁频率计算

根据指示灯图像处理分析可知每个指示灯在该帧中的状态。设摄像机拍摄时，每帧间隔时间为T，若某个指示灯在连续N1帧指示灯图像处理中点亮状态不变，并在N1帧指示灯图像之后连续N2帧指示灯图像处理中维持熄灭状态不变，则其闪灯频率f可由式(5)计算。

图6 指示灯灰度图二值化

1.3 图像分析结果显示

根据指示灯点亮和熄灭状态的持续时间绘制指示灯的状态波形图：绘制X-Y直角坐标图，其中X为时间变量，单位可以根据实际情况调整，Y为状态变量，以1/ 0对应表示指示灯的点亮熄灭状态，指示灯状态波形图如图7所示；并且在每次指示灯点亮或熄灭状态改变时，绘制该时刻的时间数值，如图7中t1~t8所示。

图7 指示灯状态波形图

1.4 测试结果

从图像分析结果可知指示灯的点亮、熄灭状态和闪烁频率，通过软件自动查询预先设置好的指示灯状态与电子设备工作状态的对应关系，即可获得电子设备当前工作状态的测试结果。将测试得到的电子设备工作状态与实际的电子设备工作状态进行对比，检查电子设备通过测试获得的工作状态与实际的工作状态是否相同，若相同，则说明电子设备的状态显示功能正常；反之，则说明该功能不正常。

2 应用实例

将本文自动测试方法应用TD-W89841N增强型无线路由一体设备的状态显示的测试工作中。将被测设备置于摄像机拍摄范围内，如图8所示，并将指示灯状态与被测设备工作状态的对应关系和指示灯坐标输入上位机图像处理分析软件。选取被测设备的4个指示灯状态进行测试，分别是led0、 led1、led2、led3，指示灯点亮状态时图像处理分析流程如图9所示，指示灯熄灭时图像处理分析流程如图10所示，指示灯实测状态波形如图11所示。通过查询路由器的使用手册，可知led0、led1、led2、led3各自的状态与路由器的工作状态之间的对应关系，如表1所示。将路由器上电，拨号联网成功后通过启动路由器无线组网功能，将一台便携式计算机采用无线方式接入路由器，同时将另一台计算机通过网线接入路由器。此时led0、led1、led2、led3都处于闪烁状态（led2处于慢闪状态），通过对比表1和图11可知，指示灯的闪烁状态与路由器的工作状态对应关系正确；这表明led0、led1、led2、led3能够正确显示路由器工作状态。

图8 测试环境示意图

图9 指示灯点亮时图像处理分析流程图

图10 指示灯熄灭时图像处理分析流程图

图11 指示灯实测状态波形图

表1 指示灯状态关系表

3 结论

目前电子设备利用指示灯显示工作状态的功能日趋复杂，一方面指示灯数量在增加，另一方面指示灯状态组合日趋复杂，仅靠人工观察的测试方法已经无法满足测试需要。本文提出的基于图像处理技术的自动测试方法能够提高测试效率和测试精度，节约大量的人力和时间成本，人工测试每小时只能测试10台设备，采用自动化测试方法后，提高到每小时能测试30台设备。

[1]王坤.基于安卓平台的图片文字识别及朗读技术研究[D].长春:吉林大学,2014.

[2] 李露.基于角点密度检测和二次二值化的新闻视频字幕提取研究[D].武汉:华中师范大学,2011.

An Automatic Test Method for Electronic Equipment State Display

Yuan Hao
(CRRC Zhuzhou Institute Co., Ltd.)

This paper introduces the functions of electronic equipment working state showed by an indicator and the disadvantages of artificial testing process. An automatic testing method is proposed based on Image Processing technology. The method realizes the automatic recognition of the indicator status by analysis of indicator image.

Image Processing; Automation Test

袁浩，男，1981年9月生，硕士，中级工程师，主要研究方向：嵌入式技术。E-mail: electronicYH@163.com