基于机器视觉的数字表盘字符识别系统设计

发布时间：2021-12-02 02:57

　　在当前的测量和检定过程中,由于传统的数字检测仪表未配有相应的通信串口,通过手动或半自动方式完成数据测量或校准会导致整个过程效率较低且容易出错。此外个别环境存在一定的危险性,不适合人工长期作业。因此实现检测系统及测量过程的自动化显得尤为重要。本文设计了一个基于机器视觉的数字表盘字符识别系统,其对于实现数字表盘字符识别及测量过程的自动化,对生产智能化和精密测量具有重要的现实意义。同时对于提升我国军工科研领域的计量检定技术水平也具有一定的理论意义和实用价值。本文详细分析了数字表盘字符识别系统的功能需求,根据功能需求及设计方案进行相应的论证,完成了该系统的硬件设计、软件设计及系统检测界面设计。主要内容包括以下三个方面:首先,根据数字表盘字符识别系统功能需求进行总体方案设计,并对总体方案中的抗灯光干扰摄像模块和自动拨挡调节模块进行方案论证。其次,介绍了系统硬件、软件设计及系统检测界面设计。系统硬件部分主要包括抗灯光干扰摄像模块与自动拨挡调节模块。抗灯光干扰摄像模块采用遮外界光照、补充摄像所需光照的设计,配以与系统相适应的摄像头完成数字表盘图像采集;自动拨挡调节模块运用机械设计加工出的装置固定数字... 

【文章来源】：西北大学陕西省 211工程院校

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

表盘字符识别系统基本构成

硕士专业学位论文10行系统方案论证及方案选择。2.3.1抗灯光干扰摄像模块方案论证抗灯光干扰摄像模块方案论证包括两个方面，一个是抗灯光干扰，减少光照对数字表盘造成的噪点干扰，另一方面是图像采集设备，采集到系统所需高质量清晰图片。抗灯光干扰是由于系统在不同环境下工作时会受到外界光照条件的影响，在数字表盘表面产生光斑或者由于光线太暗无法获取表盘字符信息。为降低光照影响，方案一直接将灯带固定在下侧开口的长方形盒子外侧，在这种设计情况下，采集拍摄到的图像上出现光带黑影，这是由于灯带距离摄像头和数字表盘距离过近，白盒难以做到既补充光照又减少表盘光斑干扰，增加了识别难度，如图3所示。之后试验将灯光照明系统设计成白盒内侧偏下加入一片隔离层，以此阻隔照射光直接照到数字表盘表面，进而达到预期补光效果。但此种方法只能淡化光带黑影，无法做到纯补光而不留下光斑干扰。(a)直接绑定灯带(b)数字表盘表面出现光斑图3灯带置于白盒外侧显示效果另外，方案二选用USB广角红外夜视摄像功能的工业摄像头采集图像。其分辨率为1080p，可视角度可达150度。由于不同的镜头搭配不同的芯片，拍出的大小及角度均不同。如图4所示，在摄像头两侧排列6颗850红外灯，四角有螺丝固定孔位、光敏电阻，且配有自动感光器件。通过免驱动接口与上位机相连采集图像。这种采集方式可以保证在黑暗环境下工作，但此时拍摄的照片反光严重，影响之后的系统识别，无法达到系统摄像要求。

第二章基于机器视觉的数字表盘字符识别系统需求分析及总体设计11(a)红外摄像头(b)采集效果图图4方案二摄像头选型效果经过多次的设计方案论证，最终设计采用大黑盒内置灯带、白盒内嵌塔尖形小白盒，将摄像头固定在白盒顶层中间位置。这种类似于乘车二维码刷码机的设计，能够实现将黑盒补充光照打到数字表盘的光点影响降到最低，从而减少图像噪点，方便采集识别系统所需的表盘图像，采集图像如图5所示。此方案符合性能指标要求，因此采用此设计方案。图5最终选型摄像头拍摄效果2.3.2自动拨挡调节模块方案论证自动拨挡调节模块的主要目的是减少人工操作，实现测量自动化，拓展系统应用场景。该模块涉及到选用芯片控制系统来发送指令控制拨挡装置。在方案论证过程中主要需要考虑单片机的选型和拨挡调节装置的设计。单片机的选型不仅要考虑芯片成本，还应当充分利用芯片性能。自动拨挡调节模块中单片机的作用，是向电机驱动器发送脉冲指令，控制电机旋转方向和旋转角度。考虑到其应该具有低功耗、高性能、低成本及短中断等特点，在此模块采用了意法半导体的STM32F103ZET6[29]主控制芯片，其适用于对功耗和成本敏感的嵌入式应用领


本文编号：3527588