基于图像识别与无线监控的玻璃温度计检定装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于图像识别与无线监控的玻璃温度计检定装置，通过对图像处理、计算机视觉、模式识别以及无线网络传输知识的研宄，提出并设计了一种全自动玻璃温度计检定装置，同时提供了对其进行实时视频监控的解决方案，利用计算机替代人工完成对玻璃液体温度计的检定。
【背景技术】
[0002]在我国法定计量检定机构热工专业中温日常检定工作中，玻璃液体温度计占绝大多数，一次完整的检定往往需要四十至六十分钟左右的时间，其间检定人员需要监守在检定装置旁边，在恒温装置达到指定温度时用肉眼通过望远镜读取并记录相关数据，并以此为依据给出温度计的检定结果。按照现有检定规程，一根常规的玻璃温度计要检定3?5个点左右，每个检定点要手动设定恒温槽的温度、待恒温槽的温度稳定10分钟以上之后才可读取温度计的温度。读取示值时精密温度计读数4次，普通温度计读数2次，其顺序为标准?被检1?被检20……被检η，然后再按照相反顺序读数返回到标准，分别计算算术平均值，得到标准温度计和被检温度计的示值。检定过程中要来回移动固定温度计的托盘，调整水银温度计的插入深度，而且读数时需要检定人员监守在检定装置旁边，等待恒温槽的温度稳定在设定温度，待温度稳定之后按照相关规程直接或者使用辅助放大工具读取示数。检定过程费时费力，检定效率较低。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，而提供一种结构简单、合理，全自动检定玻璃温度计、同时提供了对其进行实时视频监控的解决方案，利用计算机替代人工完成对玻璃液体温度计的检定的基于图像识别与无线监控的玻璃温度计检定装置。
[0004]本发明的目的是这样实现的:
一种基于图像识别与无线监控的玻璃温度计检定装置，其特征是，包括读数系统和实时视频监控系统，读数系统包括摄像头以及具有摄像头控制及图像采集模块、图像处理模块、图像识别模块、视频编码模块和无线传输模块的控制台电脑，实时视频监控系统包括监视设备，摄像头与控制台电脑连接、并由控制台电脑控制，控制台电脑连接有无线路由器、并通过无线路由器与监控设备实现无线通信连接。
[0005]本发明的目的还可以采用以下技术措施解决:
作为更具体的一种方案，所述控制台电脑中摄像头控制及图像采集模块为利用DirectShow编写的windows平台下的摄像头控制及图像获取模块，其包括成像参数调整和图像采集部分，以负责控制摄像头获取源图像。选用DirectShow技术采集图像，摄像头在Windows平台上提供了 DirectShow接口，可以非常方便的修改摄像头成像参数。DirectShow中的基本单元是Filter (过滤器)，一个完整的系统中所有的Filter以及Filter之间的数据传递都由一个Filter Graph管理。运用DirectShow中Filter进行图像采集:Source Filters主要负责数据的获取，例如从计算机的麦克风采集音频、从摄像头采集图片及视频、从硬盘读取视频文件等；Transform Fitlers主要负责处理、传输数据，例如视频编辑、录音等！Rendering Filtes主要负责输出数据，例如视频数据可以输出到显卡上进行显示，声音数据可以输出到声卡进行播放，也可以将两者一起输出到硬盘上保存为视频文件。
[0006]所述图像处理模块为基于OpenCV计算机视觉库的图像处理模块，其包括图色彩空间转换、图像处理、图像分割三部分，以负责对所获取源图像进行识别的前期准备工作，即对图像进行分析、处理，使处理后的图像更加清晰、更加直观。目的就是使玻璃液体温度计更加突出、更加清晰，同时需要根据需求将图像中的温度计进行切割，将含有多支温度计的图像中每一支温度计都切割出来，分别对玻璃温度计的刻度线、液柱、字符等进行分割。在温度计图像处理部分，选用OpenCV (全称Open Source Computer Vis1n Library)视觉库。运用OpenCV开放的数字图像处理和计算机视觉软件平台，其技术是:(1)、开放C源代码；(2)、基于Intel处理器指令集的优化代码；(3)、统一的结构和功能定义；(4)、增强图像和矩阵运算能力；(5)、用户接口方便灵活；(6)、支持多种平台，具有跨平台的特性。其工作原理是(I )、图像的快速旋转校正算法，利用霍夫直线检测算法对阈值化图像进行直线检测，同时结合液柱中指示液体的颜色信息获取图像中的液柱位置，通过旋转阈值化图像中的液柱再进行投影，寻找达到最大投影值时的旋转角度获取原始图像的倾角对原图像进行了快速的旋转校正。(2)、对经过旋转校正后的图像进行了分割，将图像分割为刻度线子区域、液柱子区域、示数字符子区域三大部分。同时，利用了腐蚀、膨胀、开操作、闭操作等形态学操作，对三大子区域进行了一定的处理，获得了温度计上刻度线和液柱顶点的像素坐标。因此只需要获取一条或以上的刻度线所指示的实际温度就可以计算温度计实际温度。
[0007]所述图像识别模块为基于形状上下文和薄板样条变换的字符识别模块，其包括刻度线定位、液柱顶点定位、指示数字符识别及温度计算四个部分，以负责正确读取待检玻璃温度计的温度。其工作原理是在图像中部搜索一个示数进行识别，识别成功之后在该字符附近搜索一条长刻度线，对该长刻度线进行标定之后，结合预先输入的分度值信息和液柱顶点位置信息计算出获取图像中温度计的实际温度。其技术是选用改进后的形状上下文算法----形状匹配算法，对玻璃温度计上的字符进行了识别:(1)、运用改进了轮廓特征点的选取算法，由经典的随机固定点数选取算法改为了具有一定分布均匀性的、动态确定特征点数的半随机选取算法，获得了较好的轮廓特征点选取效果。具体步骤为:图像边缘检测?轮廓跟踪?特征点采样。(2)、对距离分布矩阵和角度分布矩阵的计算方法进行改进，在进行代价矩阵计算前对形状上下文直方图进行了归一化处理，使这两个矩阵的计算速度得到提高，计算时间减少50%左右，提升了形状上下文算法向嵌入式平台移植后的性能。(3)利用匈牙利算法对两个待匹配图像的形状上下文进行了匹配，对得到的点对进行薄板样条插值变换以消除字符的畸变，(4)、再次使用形状上下文算法进行处理得到了最小匹配代价，以每个匹配点对的平均最小匹配代价作为两个待匹配字符相似度的度量。
[0008]所述视频编码模块为基于AVC高级视频编码视频压缩标准的模块，以负责将摄像头输出的原始图像进行编码、压缩形成视频数据供无线传输模块传输。所述视频编码模块的技术是运用H.264视频压缩标准进行流程设计:(1)、将图像分成子图像块，以子图像块作为编码单元；(2)、对于帧内编码，首先通过对原始宏块进行编码和帧内预测，以减小帧内的空间冗余，再对帧内预测后的残差数据进行变换，量化和熵编码(可变长编码VLC);
(3)、对于帧间编码，利用相邻帧之间相关性对帧间变化量进行编码以提高整体的压缩率，并采用运动估计和补偿的方法对帧间编码进行优化和纠错。
[0009]所述无线传输模块为以X264及live555开源库为基础开发的无线实时视频监控模块，其通过选用合适的传输协议，将检定现场的情况以视频的形式发送至监控设备，实现实时视频监控的功能。其技术是选用live555