基于机器视觉的高空气体报警器图像信息采集系统的研制.pdf

基金项目：江苏省市场监督管理局科技计划项目（项目编号：）基于机器视觉的高空气体报警器图像信息采集系统的研制卢 建丁谦云茆同江宋 阳（泰州市计量测试院）摘要：本文介绍了一种基于机器视觉的高空气体报警器图像信息采集系统的研制，通过伸缩杆、图像信息传感器、图像信息处理与识别的设计等研制，构建基于机器视觉的高空气体报警器图像信息采集系统。实验证明：该系统可实现高空报警器的铭牌、示值等图像信息的无线采集，且测试结果可靠有效。关键词：机器视觉；气体报警器；图像信息采集 ：，：；引言高空安装的气体泄露报警器用于安全防护，是工业危险气体监控最重要的计量器具之一。由于泄露气体一旦发生爆炸，可能导致大量人员伤亡，造成不可估量的经济损失，因此，应加大其计量检定，并要求用户拆卸后送至实验室检定或校准。但实际上，较多的报警器很难拆卸，且拆卸送检期间生产现场气体泄露情况无法监测，安全风险极大。目前，该报警器现场检定一般采用搭“脚手架”，但劳动强度大、作业效率低，存在较大的安全隐患，且受空间限制 ；拉拔式伸缩杆是依赖操作人员手臂力量，对安装较高的气体报警器，但实操性低，难以监督核查检定数据，可能出现问题数据，导致结果误判。因此，本文设计了一种解决高空安装的气体报警器现场检定的专用辅助设备。系统设计高空气体报警器图像信息采集系统基于机器视觉，主要包括：伸缩杆、图像信息传感器、图像信息处理与识别。伸缩杆的设计伸缩杆由多级杆、锁紧元件、定位杆滑动件、定位杆、导向槽等组成，如图 所示。各级伸缩杆均采用轻质材料制作，每一级有效使用长度约 ，十级全部伸展开后最大高度约 ，且所有杆及元器件均收缩并放置于携带箱内。工作时，先将一级杆竖起，并滑动至携带箱中间，通过两根可滑动的定位杆，将其固定于携带箱上，依次伸展二级杆、三级杆等，直至满足高度要求。每一级伸展后，扳动锁紧元件快速锁紧，且全部伸缩可在 内完成。卢建等：基于机器视觉的高空气体报警器图像信息采集系统的研制图 伸缩杆结构图 图像信息传感器设计图像信息采集传感器设计主要包括：控制模块、供电电源模块及云台 。控制模设计选择无线网络相机，分辨率为 像素，物镜与 电路板使用转接环连接，实现成像。其中选择镜头很重要，在摄像头中，焦距越小，成像范围越大。近焦镜头时，画面中物体成像小；远焦镜头时，焦距越大，成像范围越小，画面中的物体成像大，而且清晰。为降低硬件成本，本文选用 网络相机，使用官方提供的软件开发工具包进行开发，无需进行成像电路设计等复杂工作。连接时，将相机激活，在网络激活后，登录配套相机软件，进行相关设置。电源模块设计（）网络相机供电模块采用 ，的锂离子电池进行供电。电源供电模块示意图如图 所示。?图 电源供电模块示意图（）图像信息传感器供电模块设计使用 电源供电。其优点是供电时电流、电压稳定，可通过降压模块，将 输入电压降至 、和 电压后，供电至系统各部分，且供电模块内具有过载和过热保护功能，电容能起到滤波的作用，如图 所示。?图 图像信息传感器供电模块 图 云台设计高空气体报警器图像信息采集系统云台设计基于 旋转，系统框图如图 所示。摇动手轮，使牵引线移动，带动水平滑板与图像信息传感器移动；通过另一手轮控制旋转轴转动，可 旋转图像信息采集传感器，以最佳角度采集被检气体报警的设备信息。由于目前高空气体报警安装位置的特殊性，因此云台设计 、轴 个方向，能同时控制载物 台 和 相 机 移 动，并 获 取 图 像 信 息。基 于 软件开发的报警器图像信息采集软件系统，是将网络相机传输的报警器铭牌图像信息进行识别、分析和处理，并进行人机交互。图 图像信息传感器系统框图 图像信息处理与识别的设计基于机器视觉的图像信息处理与识别的设计主要包括：（）图像信息的预处理基于机器视觉的图像信息预处理主要包括：去除背景、噪声、二值化、归一化等。图像信息是通过采集器采集后，将其转化为数字信号输入，作为原始信息输入记录。其流程为：图像输入去除图像背景二值化图像去噪图像归一化。其中二值化是在灰度化后，依据规定的门限值，将灰度图像信息转变成二值化图像信息的过程，表达公式为：（）（，）（，）计量与测试技术 年第 卷第 期式中：（，）像素点的灰度值；变换时设定的门限值。（）图像的字符区定位及分割字符区定位是分割整幅图像信息，并在复杂的背景中找到特殊纹理（即字符分布）的一小片矩形区域。本文采用 边缘检测算法 ，首先通过高斯滤波平滑图像信息，去除噪声；然后找寻图像信息的强度梯度，使用非最大抑制技术消除边误检 ，采用双阈值决定可能的边界；最后使用滞后技术跟踪边界。（）字符识别图 高空气体报警器图像信息采集系统识别测试图字符识别及关键词提取是基于机器视觉的图像信息处理与识别最重要的部分。其中字符识别是实现原始图像信息转换为便于特征提取的形式。本文采用统计模式识别方式，识别过程为：预处理后的图像特征提取分类输出。同时，采用基于开源的 算法。该算法属于多模式匹配算法，能从文本中匹配多个字符串及其相关信息，如位置和总数 。假定目标文本 总长为 ，模式串集合为 ，则时间复杂度为 （），即在该复杂度内，必定能在 内匹配到所有的模式文本串，不会受 大小的影响。基于机器视觉的高空气体报警器图像信息采集系统识别测试图如图 所示，它是通过机器视觉，实现高空气体报警器铭牌图像信息的采集 。结论综上所述，基于机器视觉的高空气体报警器图像信息采集系统不仅能实现对高空报警器铭牌信息、示值等图像信息进行无线采集，通过文本提取等，识别有效信息，而且能识别报警器检定中示值误差等信息，并生成检定记录。实验证明：该系统能解决气体报警检定人员的实际问题，且测试结果能达到预期效果。参考文献 茆同江，丁谦云，刘翔，等 可燃气体检测报警器强制检定申报、计量检定及监管问题探讨 化学分析计量，（）：陈永杰，吾守尔斯拉木，于清一种基于 算法改进的多模式匹配算法 现代电子技术期刊，（）：张广军 数字图像信息处理在集装箱检测中的应用研究 哈尔滨工业大学，重载 系统的设计与实现 南京理工大学，吕茂超，王大玮，辜卫国，等 基于无线传感网络 仪温度校准装置的研制 计量测试与技术，（）：（上接第 页）和真空表 、数字压力计 和 立式蒸汽灭菌器 中的相关条款进行检测。检测结果验证使用山东博科、上海申安等厂家生产的 台高压蒸汽灭菌器，进行人工检测和自动检测。通过检测结果的比对可知，人工检测的结果与自动检测的结果完全一致，基本符合高压蒸汽灭菌器自动检测系统的设计要求。总结本文根据相关行业标准和现有的各地方校准规范，针对高压蒸汽灭菌器自动检测系统进行研究，并使用 软件对该系统的功能和算法进行编程。实验证明：该系统不仅可极大地提高检测效率，节省人力和时间成本，而且准确性完全满足检测需求。参考文献 李豪 灭菌器的温度、压力检测测量方法的研究及验证 南昌大学，王旭，张剑，张青，等 应用温度压力检测仪对压力蒸汽灭菌程序进行检测分析 中国消毒学杂志，（）：郑威 蒸汽灭菌器检测设备和方法的研究 北京：清华大学，张乃波，刘德鑫，王泽清 弹簧式安全阀启闭压差受介质温度影响的分析 阀门，（）：闵琪涛 压力蒸汽灭菌器常见问题分析 计量与测试技术，（）：杜寅飞，崔尧尧，田昀，等 灭菌器用压力模块校准装置的设计与研究 科技与创新，（）：弹性元件式一般压力表、压力真空表和真空表 数字压力计 立式蒸汽灭菌器 卢建等：基于机器视觉的高空气体报警器图像信息采集系统的研制