【正文】 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于機(jī)器視覺(jué)的指針表圖像采集技術(shù) 基于機(jī)器視覺(jué)的指針表圖像采集技術(shù)陳杰明自動(dòng)化學(xué)院摘 要人類(lèi)社會(huì)發(fā)展到今時(shí)今日，不斷涌現(xiàn)出大量新技術(shù)，而機(jī)器視覺(jué)的應(yīng)用，無(wú)疑也是當(dāng)中重要的一項(xiàng)。如今，機(jī)器視覺(jué)已經(jīng)不斷被應(yīng)用到各種工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化領(lǐng)域，發(fā)揮著極其重要的作用。而傳統(tǒng)的指針表具有很多優(yōu)點(diǎn)，目前還在電力系統(tǒng)、鐵路系統(tǒng)、廠礦企業(yè)、計(jì)量部門(mén)等大量使用。但是在工業(yè)上，指針表還存在很多問(wèn)題，導(dǎo)致不能廣泛應(yīng)用，而且對(duì)于指針表的研究資料還比較少。本文主要討論的是基于機(jī)器視覺(jué)指針儀表的圖像采集技術(shù)的應(yīng)用及其圖像預(yù)處理的關(guān)鍵技術(shù)。本文首先介紹了課題的研究背景和意義，包括機(jī)器視覺(jué)的概念、歷史、存在問(wèn)題和前景，然后從指針表的特點(diǎn)入手，研究一個(gè)應(yīng)用于指針表的圖像采集系統(tǒng)，包括圖像的采集，圖像的預(yù)處理。并且設(shè)計(jì)出仿真采集指針表圖像的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，從實(shí)驗(yàn)中分析處理的效果，而找出最佳的圖像預(yù)處理效果。在圖像采集方面，本課題分析研究了攝像機(jī)的景深，還有攝像時(shí)的光源對(duì)采集的圖像的影響。在圖像預(yù)處理方面，采用圖像增強(qiáng)、濾波去噪、二值化等預(yù)處理的方法處理圖像并取得預(yù)期的效果。圖像的采集和預(yù)處理，是本課題的主要研究工作。建立實(shí)驗(yàn)仿真系統(tǒng)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，從而得出結(jié)論。關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺(jué)，指針表,攝像機(jī),圖像增強(qiáng),中值濾波,二值化 AbstractDevelopment of human society today, a large number of new emerging technology, and machine vision applications, which is undoubtedly important. Today, machine vision has been applied to various fields of industrial automation field, plays an extremely important role. The traditional indicator table has many advantages, So it still use in the power system, railway systems, factories and mines, largescale use of measurement sector. However, in industry, pointer table still exist many problems, resulting in not widely used, and the pointer table for research data is still relatively small。This article is focused on machine vision in the pointer table and the application of its key technologies.In this paper, we first introduced to study the background and significance of issues, including the concept of machine vision, history, problems and prospects, and then make a pointer table used in image acquisition systems by Characteristics of the table pointer , including image acquisition , image preprocessing. Simulation and design a collection for the pointer table of the experimental system images from the experimental analysis of the effects of image preprocessing to find the best results.In image acquisition, the analysis of this issue of the depth of field camera, as well as when the camera light on the impact of image acquisition. Image Preprocessing, the use of image enhancement, noise filtering, binarization, such as preprocessing approach to image and obtain the desired results.Image acquisition and preprocessing, is the subject of a major research work. Experimental simulation system, the experimental results were pared in order to reach a conclusion.Key words：Machine Vision ,Camera，Indicator Type Measuring Appliance， Image Enhancement，Median filter，Binarization目 錄1 緒 論 4 1 1 2 3 本章小結(jié) 42 圖像的采集 5 5 5 7 7 光照方式的分析和選擇 9 本章小結(jié) 103 圖像的預(yù)處理 11 引言 11 圖像的增強(qiáng) 11 11 12 13 14 圖像的濾波去噪 14 14 15 15 17 圖像的二值化 17 18 19 19 20 本章小結(jié) 214 指針表圖像采集實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 22 引言 22 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 22 22 23 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 25 25 26 本章小結(jié) 275 總 結(jié) 286 參考文獻(xiàn) 297 致謝 30321. 緒 論在人類(lèi)的科學(xué)探索與生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)中，儀器儀表是認(rèn)識(shí)世界的重要工具。作為現(xiàn)代社會(huì)中“信息獲得”的源頭，儀器儀表工業(yè)代表著一個(gè)國(guó)家科技發(fā)展的水平。隨著數(shù)字電子的發(fā)展，數(shù)字儀表精度高、易讀，雖然部分指針式儀表已被數(shù)字儀表所代替，但是當(dāng)被測(cè)量對(duì)象快速變化或來(lái)回波動(dòng)時(shí)，數(shù)字式儀表的示值會(huì)快速變化而不易讀取，且價(jià)格較高。而指針式儀表可以直觀地反映出被測(cè)量值的變化趨勢(shì)，而且還具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)方便，具有防塵、防水、防寒、不受電磁場(chǎng)干擾、可靠性高、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，目前還在電力系統(tǒng)、鐵路系統(tǒng)、廠礦企業(yè)、計(jì)量部門(mén)等大量使用。對(duì)于一些行業(yè)的指針式儀表，特別是準(zhǔn)確度比較高的儀表的檢驗(yàn)，至今仍是采用手工記錄讀數(shù)、處理結(jié)果，指針式儀表的檢定要求檢定人員在每個(gè)需要檢定的刻度上通過(guò)比較指針表的實(shí)際讀數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)電源的輸出值之間的差異來(lái)分析被檢定儀表的性能。然而由于人眼的分辨能力有限，當(dāng)指針位于兩刻度線之間時(shí)，只能粗略估計(jì)指針的位置，不能準(zhǔn)確讀取儀表的示數(shù)，這將直接影響了檢定的準(zhǔn)確程度。再者人的眼睛在大量的視覺(jué)工作之后會(huì)出現(xiàn)視覺(jué)疲勞，在檢驗(yàn)測(cè)試工作中會(huì)出現(xiàn)疏忽和差錯(cuò)，若能及時(shí)發(fā)現(xiàn)改正這些差錯(cuò)，則要增加了重復(fù)勞動(dòng)。如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，則有可能帶來(lái)嚴(yán)重的后果。采用人工方式工作費(fèi)時(shí)間、勞動(dòng)強(qiáng)度大、檢定效率低、檢定誤差大、可靠性差。針對(duì)人工方式檢定的缺點(diǎn)，才用機(jī)器視覺(jué)來(lái)對(duì)儀表進(jìn)行讀數(shù)必成為未來(lái)的主流[1]。機(jī)器視覺(jué)自起步發(fā)展到現(xiàn)在，已有15年的發(fā)展歷史。應(yīng)該說(shuō)機(jī)器視覺(jué)作為一種應(yīng)用系統(tǒng)，其功能特點(diǎn)是隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展而逐漸完善和發(fā)展的。機(jī)器視覺(jué)又叫計(jì)算機(jī)視覺(jué)，是用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)對(duì)人的視覺(jué)的模擬和延伸。機(jī)器視覺(jué)涉及到多個(gè)學(xué)科，給出一個(gè)精確的定義是很困難的，而且在這個(gè)問(wèn)題上見(jiàn)仁見(jiàn)智，各人認(rèn)識(shí)不同。美國(guó)制造工程師協(xié)會(huì)(SME)機(jī)器視覺(jué)分會(huì)和美國(guó)機(jī)器人工業(yè)協(xié)會(huì)(RIA)自動(dòng)化視覺(jué)分會(huì)關(guān)于機(jī)器視覺(jué)的定義是：“Machine vision is the use of devices for optical non—contact sensing to automatically receive and interpret an image of a real scene in order to obtain information and／or control machines or processes．”譯成中文是：“機(jī)器視覺(jué)是使用光學(xué)器件進(jìn)行非接觸感知，自動(dòng)獲取和解釋一個(gè)真實(shí)場(chǎng)景的圖像，以獲取信息和(／或)控制機(jī)器或過(guò)程[2]。”它涉及多方面的技術(shù)，包括光源技術(shù)、圖像采集技術(shù)、圖像處理技術(shù)及運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)等多個(gè)方面的技術(shù)。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)是指通過(guò)機(jī)器視覺(jué)產(chǎn)品（即圖像攝取裝置，分CMOS和CCD兩種）將被攝取目標(biāo)轉(zhuǎn)換成圖像信號(hào)，傳送給專(zhuān)用的圖像處理系統(tǒng)，根據(jù)像素分布和亮度、顏色等信息，轉(zhuǎn)變成數(shù)字化信號(hào)；圖像系統(tǒng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行各種運(yùn)算來(lái)抽取目標(biāo)的特征，進(jìn)而根據(jù)判別的結(jié)果來(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。 由于機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以快速獲取大量信息，而且易于自動(dòng)處理，也易于同設(shè)計(jì)信息以及加工控制信息集成，因此，在現(xiàn)代自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，人們將機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)廣泛地用于工況監(jiān)視、成品檢驗(yàn)和質(zhì)量控制等領(lǐng)域。目前，在指針式儀表檢定