一种基于OpenCV的测量电阻设计*

丁泽宇，弓 伟

(1.长治学院，山西 长治 046000； 2.广州中医药大学，广东 广州 510006)

0 引言

近年来，伴随着电子技术的飞速发展，实验室中各式各样的电阻越来越多。尤其是在学生上完实验课后，收集起来的大量电阻在分类时，需要人工拿着万用表挨个测量，费时费力。图像识别电阻的方法成为近些年来的研究方向。付秀芹在她的研究中利用了电阻色环的特性，使用图像的方法对电阻进行了初步识别[1]。之后刘桄序又对色环的编码规律进行了深入的研究[2]。后续大家又对不同种类的电阻做了研究并且设计了软件系统使得识别电阻的工作能够全自动完成[2-4]。基于以上工作，本文中的基于OpenCV的摄像头测量电阻分为软件系统和算法，如图1和图2所示。图1中手机端负责拍照，将图片发送到服务器端。服务器端通过算法计算出结果，返回手机端显示。而算法部分分为以下几个步骤，背景去除，定位电阻位置，定位色环位置，计算结果。

图1 摄像头测电阻的系统结构

1 色环电阻的介绍

色环电阻上有四道色环或者五道色环用来表示电阻值。这样可以从任意角度来读取电阻的颜色信息，无论电阻怎么摆放，都可以方便地从颜色信息上读取出该电阻的阻值，便于检测和更换维修。本系统以四环电阻作为示例讲解。

图2 色环电阻的介绍

第一色环是十位数，第二色环是个位数，第三色环是应乘颜色次幂颜色次，第四色环是误差率。其具体的颜色对应关系为：棕1，红2，橙3，黄4，绿5，蓝6，紫7，灰8，白9，黑0。例如：棕、红、红、金，其阻值为12×10^2=1.2K，误差为±5%。图2为一个根据色环读取电阻的例子。

误差表示电阻数值，在标准值1200上下波动(5%×1200)都表示此电阻是可以接受的，即在1140～1260之间都是好的电阻。

2 识别电阻的算法

2.1 背景去除

首先需要将大量的电阻放置在一张白纸上，并且保证相互之间没有重叠，如图3所示。由于电阻在图像中的颜色和白纸之间的差别较大，则可以通过设定图像的阈值将白纸和电阻分离开来。经过大量的实验观察，白纸的R,G,B的标准差较小，而色环颜色的R,G,B标准差比较大。因此可以设定阈值为15来判别电阻和白纸

(1)

图3 去除背景后的电阻图像

2.2 定位电阻位置

在区分背景之后，需要区分开多个电阻。于是首先对图像进行二值化，将电阻的图像转化为白色，背景为黑色。但是电阻还有周边的导线以及阴影的影响，需要先进行膨胀腐蚀操作，去除干扰。在剩下的白色图像中找到他们的最小外接矩形，该矩形要满足：长宽比大于1.8，并且电阻图像占矩形的面积百分比不得小于70%。如图4所示为满足条件的电阻图像。

(2)

2.3 定位色环位置

图2中的第三个色环为红色色环，则橙色的R,G,B值为(160,85,55)则，识别橙色的阈值范围为相对应的R,G,B值上下浮动10%，即橙色的阈值为R(144,176),G(76.5,93.5),B(49.5,60.5)，其他颜色类似。则使用上述阈值检测出来的橙色色环位置如图5所示。其他颜色的色环的阈值对应关系如表1所示。

图4 分割出来的电阻图像

图5 识别色环位置

色环颜色阈值(R,G,B)棕(210,105,30)红(255,5,5)橙(160,85,55)黄(247,238,214)绿(5,250,5)蓝(5,5,250)紫(247,238,214)灰(247,238,214)白(250,250,250)黑(5,5,5)

从图中可以看出有很多干扰的斑点，为了找到色环的位置，同样可以使用OpenCV找到每个白色图像的最小外接矩形。设置长宽比限制在4以上，同时约束面积须大于20作为条件，找到色环所对应的最小外接矩形，选择矩形中所有像素的中心点坐标作为该色环的坐标位置，如公式3所示。同理，遍历10种颜色，如果能找到相应颜色的色环，使用相同的方法计算色环的位置。

(3)

2.4 计算结果

在遍历完10种颜色之后，可以得到各个色环在电阻中的位置关系。在遍历10种颜色之后，得到4种颜色的色环位置，其中黑色有两个，则可以简单通过横坐标对其进行排序。则图中的电阻色环从左到右依次为：黑(262,214)，橙(288,252)，黑(337,293)，紫(383,342)，黄(427,401)。根据：棕1，红2，橙3，黄4，绿5，蓝6，紫7，灰8，白9，黑0的规则，第一色环为0，第二色环为3，第三色环为0，第四色环为7，第五色环为4。则其电阻的计算结果为30×107Ω，误差为±5%。

3 结论

本文介绍了一种基于OpenCV开发的摄像头识别电阻的系统。系统由软件系统和算法组成。软件系统分为手机客户端和服务器端，手机客户端负责采集图像发送给服务器，服务器通过算法计算出软件阻值之后发送给手机客户端显示。算法部分分为去除背景，电阻定位和色环定位。通过软硬件的结合，本系统能够快速识别大量电阻阻值，省去了人工使用万用表测量阻值的繁琐过程。