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仪表图像输入及预处理技术的研究与应用

作　者: 高延增
导　师: 汪仁煌
学　校: 广东工业大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 仪表自动识别算法测度图像采集多线程图像增强仪表显示模拟
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

在不改动原有仪表设备的情况下，采用机器视觉技术读取仪表示数，然后对目标进行提取和识别，以获取需要的仪表读数信息，即仪表图像读数的自动识别技术是全自动校表研究的热点问题。而如何有效、方便、快捷地评测仪表自动识别算法的性能却鲜有报道。如果能事先知道被识别仪表图像的准确显示数值，然后将识别结果与已知的准确显示数值进行比较，就可以对与自动识别算法的性能有关的识别率、误识率和拒识率指标进行正确的分类统计。可以通过两种方法获取已知准确显示数值的仪表图像：一种方法是建立一个能够用计算机程序控制仪表显示数值的硬件系统，然后利用摄像头将仪表图像采集到计算机内部；另一种方法是直接利用计算机软件生成已知准确显示数值的干净的仪表图像。对于前一种方法得到的图像，还要经过适当的预处理以去除噪声干扰。本文就是针对上述问题展开研究，主要做了以下几个方面的贡献：1、实现了图像处理平台图像的多种软硬件输入方式，以方便对与自动识别算法的性能有关的识别率、误识率和拒识率等指标进行正确地分类统计(1)、通过USB接口连接摄像头高效采集图像为了方便系统的集成、充分利用系统资源，本文开发了一个USB摄像头多线程采集图像程序。详细分析了Windows操作程序与USB设备的交互机制；分析了Win32中的多线程机理。程序以VC++为平台开发完成，使用VFW方法进行图像采集；使用不同的线程函数进行视频预览、图像采集和图像处理，充分利用CPU资源，提高整个系统的运行效率。(2)、计算机程控仪表显示计算机通过串行口控制仪表显示模块的显示，包括显示的数值、数值跳变的时间间隔、跳变的方式、数值的显示范围等。仪表显示的真实数值保存在计算机内，以便于和最终的识别结果进行比较，以判断自动识别算法的识别速率、误识率和拒识率等性能指标。(3)、计算机软件产生仪表模拟图像建立数字显示仪表和指针显示仪表的几何仿真模型；使用GDI方法绘制仪表仿真图像；双缓存技术消除屏幕闪烁；仿真PID控制器模拟仪表显示数值的阻尼稳定；通过适当变换将计算机生成的固定区间上的short型随机数转换为期望区间上的float型随机数以控制仿真仪表显示数值的随机跳转。2、仪表图像的预处理在识别采集到的仪表图像之前，要去除图像中背景噪声的干扰。本文使用颜色模型方法去除发光七段码显示仪表的背景噪声，这样在节省图像去噪时间的同时，提高了算法的通用性。为了去除不发光的液晶显示仪表图像中阴影的影响，使用小波系数的同态图像增强方法进行图像增强，这样在增强图像阴影部分的对比度效果的同时不破坏图像的原始面貌，最后使用非线性灰度拉伸进一步增强图像的对比度。实验证明，此处理方法对图像的增强效果理想。3、实验验证前面提到的处理方法，编写了相应的应用程序，具有实用价值文中所提出的图像处理平台的图像输入与预处理技术，全都在图像处理平台上获得使用，开发了相应的子程序，取得了良好的实用效果。在文中对应的章节处给出了程序实现方法和最终的实现效果。具有实用和参考价值。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-11
CONTENTS  11-14
第一章绪论  14-20
  1.1 课题背景与意义  14
  1.2 仪表自动识别技术概述  14-16
    1.2.1 数字显示仪表的自动识别简介  15
    1.2.2 指针显示仪表的自动识别简介  15-16
  1.3 本文的主要任务  16-17
  1.4 研究现状  17-18
    1.4.1 仪表图像预处理的研究现状  17-18
    1.4.2 仪表自动识别算法评测的研究现状  18
  1.5 论文各章节内容安排  18-20
第二章仪表图像的高效采集  20-32
  2.1 引言  20
  2.2 Windows应用程序与USB设备交互  20-23
    2.2.1 USB设备与计算机互连  20-21
    2.2.2 Win32程序调用USB设备驱动程序  21-23
  2.3 VFW视频捕捉方案  23-25
    2.3.1 VFW SDK简介  24
    2.3.2 使用AVICap窗口类编程  24-25
  2.4 多线程采集图像  25-28
    2.4.1 Win32中的多线程  25-27
    2.4.2 开发多线程的MFC程序  27-28
  2.5 程序实现  28-31
    2.5.1 程序实现方法  28-30
    2.5.2 程序实现效果  30-31
  2.6 小结  31-32
第三章计算机程控仪表显示  32-40
  3.1 引言  32
  3.2 计算机与单片机的通信  32-36
    3.2.1 SPCE061A的输入/输出机制  32-33
    3.2.2 PC机与单片机通信协议  33-34
    3.2.3 VC++实现串口通信的方法  34-36
    3.2.4 上位机操作子程序  36
  3.3 单片机控制显示模组  36-38
    3.3.1 七段码显示  36-37
    3.3.2 液晶显示  37-38
    3.3.3 单片机程序流程图  38
  3.4 系统实现效果  38-39
  3.5 小结  39-40
第四章计算机软件生成仪表模拟图像  40-53
  4.1 引言  40
  4.2 总体分析  40-41
  4.3 仪表显示数值生成器  41-44
    4.3.1 线性跳转数据生成  41
    4.3.2 随机跳转数据生成  41-42
    4.3.3 阻尼稳定数据生成  42-43
    4.3.4 特殊显示方式  43-44
  4.4 仪表显示控件模型  44-48
    4.4.1 数字显示仪表仿真的模型  44-45
    4.4.2 指针显示仪表仿真的模型  45-48
  4.5 程序实现及其仿真效果  48-52
    4.5.1 程序实现  48-51
    4.5.2 仿真效果  51-52
  4.6 小结  52-53
第五章仪表图像的预处理  53-71
  5.1 引言  53
  5.2 去除背景噪声  53-63
    5.2.1 LED的背景噪声去除  53-59
    5.2.2 LCD的背景噪声去除  59-63
  5.3 Matlab Guide程序实现  63-67
    5.3.1 Matlab Guide简介  63-65
    5.3.2 本系统的开发过程  65-67
  5.4 处理结果分析  67-70
    5.4.1 LED背景噪声处理效果  67-69
    5.4.2 LCD背景噪声处理效果  69
    5.4.3 Matlab Guide程序开发效果  69-70
  5.5 小结  70-71
第六章总结与展望  71-73
  6.1 总结  71
  6.2 展望  71-73
参考文献  73-77
攻读学位期间发表的论文与获奖情况  77-79
致谢  79

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