本實(shí)用新型涉及用于標(biāo)準(zhǔn)恒溫槽的玻璃溫度計(jì)的圖像采集系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

玻璃液體溫度計(jì)是指利用在透明玻璃感溫泡和毛細(xì)管內(nèi)的感溫液體隨被測(cè)介質(zhì)溫度的變化而熱脹冷縮的作用來(lái)測(cè)量溫度的一種測(cè)量?jī)x表。1593年著名科學(xué)家伽利略利用空氣的熱脹冷縮發(fā)明第一臺(tái)溫度測(cè)量?jī)x；1631年，法國(guó)化學(xué)家詹·雷伊使用水作為感溫液體制造出現(xiàn)代溫度計(jì)的雛形；1659年，法國(guó)天文學(xué)家博里安使用水銀作為感溫液體制造了第一支水銀溫度計(jì)。幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)，人類(lèi)一直使用水銀溫度計(jì)或者酒精溫度計(jì)作為主要的測(cè)溫儀表。按照使用方法的不同，玻璃液體溫度計(jì)可以分為全浸式溫度計(jì)和局浸式溫度計(jì)兩種，全浸式溫度計(jì)在測(cè)量液體時(shí)需要將玻璃溫度計(jì)全部放入被測(cè)物中，局浸式只需浸入溫度計(jì)上標(biāo)明的指定位置即可；按結(jié)構(gòu)也可以分為棒式溫度計(jì)和內(nèi)標(biāo)式溫度計(jì)。棒式溫度按照刻度面形式又可分為酸蝕刻度和絲印刻度，酸蝕刻度是一種腐蝕雕刻技術(shù)，將刻度值寫(xiě)在玻璃棒上，絲印刻度采用絲網(wǎng)印刷工藝將數(shù)字線條圖形印在玻璃上，然后經(jīng)過(guò)熱處理形成了紅褐色、黑色等色彩的釉面效果。此外還可以按照分度值、用途等不同進(jìn)行分類(lèi)。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近現(xiàn)代又出現(xiàn)了多種測(cè)溫儀表。1、利用被測(cè)物體熱輻射測(cè)量溫度：物質(zhì)的熱運(yùn)動(dòng)是產(chǎn)生熱輻射的根源，熱輻射的量主要由物體的溫度和材料本身的性質(zhì)決定，溫度這個(gè)物理量對(duì)熱輻射現(xiàn)象起著決定性的作用，通過(guò)測(cè)量熱輻射就能計(jì)算出被測(cè)物體的溫度。利用該原理制造的測(cè)溫儀表有：紅外測(cè)溫儀、光譜溫度計(jì)、比色溫度計(jì)等。它們都具有非接觸式的特點(diǎn)，即不用將儀表放入被測(cè)物中或者不用與被測(cè)物表面接觸。2、利用導(dǎo)電介質(zhì)溫度特性測(cè)量溫度：例如利用阻值隨溫度變化的材料制成的熱電阻，利用塞貝克效應(yīng)的熱電偶等等，它們能方便的把溫度值轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，因此特別容易應(yīng)用在自動(dòng)化系統(tǒng)中，目前市場(chǎng)上大部分電子體溫計(jì)都是屬于此類(lèi)溫度計(jì)。除此之外，科研人員依然在研究新的測(cè)溫原理。

對(duì)比其他測(cè)溫儀表，雖然玻璃液體溫度計(jì)具有易碎、易受人為因素差影響等缺點(diǎn)，但是它也具有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：1、玻璃液體溫度計(jì)的歷史悠久，產(chǎn)業(yè)化時(shí)間長(zhǎng)，制造工藝成熟，制造成本十分低廉。2、玻璃的結(jié)構(gòu)比較致密，水銀的性能非常穩(wěn)定，所以玻璃液體溫度計(jì)具有示值精確、穩(wěn)定性高等特點(diǎn)。以上兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)是其他測(cè)溫儀表所無(wú)法比擬的。3、玻璃液體溫度計(jì)不需要外接電源，不需要其他電路或者設(shè)備的輔助，便攜性、易用性強(qiáng)?；谝陨蠋讉€(gè)特性，玻璃液體溫度計(jì)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用十分廣泛。

根據(jù)《中華人民共和國(guó)計(jì)量法》第九條：縣級(jí)以上人民政府計(jì)量行政部門(mén)對(duì)社會(huì)公用計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具，部門(mén)和企業(yè)、事業(yè)單位使用的最高計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器具，以及用于貿(mào)易結(jié)算、安全防護(hù)、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境檢測(cè)方面的列入強(qiáng)制檢定目錄的工作計(jì)量器具，實(shí)行強(qiáng)制檢定。未按照規(guī)定申請(qǐng)檢定或者檢定不合格的，不得使用。以及《中華人民共和國(guó)計(jì)量法》第十六條：進(jìn)口的計(jì)量器具，必須經(jīng)省級(jí)以上人民政府計(jì)量行政部門(mén)檢定合格后，方可銷(xiāo)售?！吨腥A人民共和國(guó)計(jì)量法》提到的《中華人民共和國(guó)強(qiáng)制檢定的工作計(jì)量器具明細(xì)目錄》中明確提到玻璃液體溫度計(jì)用于貿(mào)易結(jié)算、安全防護(hù)、醫(yī)療衛(wèi)生、環(huán)境監(jiān)測(cè)的，均實(shí)行強(qiáng)制檢定。

目前國(guó)內(nèi)外計(jì)量機(jī)構(gòu)中，玻璃液體溫度計(jì)的檢定裝置主要還是使用手動(dòng)檢定。按照現(xiàn)有檢定規(guī)程，一根常規(guī)的玻璃溫度計(jì)要檢定3～5個(gè)點(diǎn)左右，每個(gè)檢定點(diǎn)要手動(dòng)設(shè)定恒溫槽的溫度、待恒溫槽的溫度穩(wěn)定10分鐘以上之后才可讀取溫度計(jì)的溫度。讀取示數(shù)時(shí)精密溫度計(jì)讀數(shù)4次，普通溫度計(jì)讀數(shù)2次，其順序?yàn)椋簶?biāo)準(zhǔn)→被檢1→被檢2→……被檢n，然后再按照相反順序讀數(shù)返回到標(biāo)準(zhǔn)，分別計(jì)算算術(shù)平均值，得到標(biāo)準(zhǔn)溫度計(jì)合被檢溫度計(jì)的示值。按照規(guī)程中的檢定方法，檢定過(guò)程中要來(lái)回移動(dòng)固定溫度計(jì)的托盤(pán)，調(diào)整水銀溫度計(jì)的插入深度，而且讀數(shù)時(shí)需要檢定人員監(jiān)守在檢定裝置旁邊，等待恒溫槽的溫度穩(wěn)定在默認(rèn)溫度，待溫度穩(wěn)定之后按照相關(guān)規(guī)程直接或者使用輔助放大工具讀取示數(shù)?？梢哉f(shuō)，玻璃液體溫度計(jì)的檢定是一個(gè)即費(fèi)時(shí)又費(fèi)力的工作，檢定效率非常低。

伴隨科技的發(fā)展，研究人員一直在試圖改進(jìn)質(zhì)檢系統(tǒng)中的檢定裝置，通過(guò)對(duì)檢定裝置的改進(jìn)，減輕檢定人員的工作負(fù)擔(dān)，提高工作效率。改進(jìn)的主要方式有：

1、計(jì)算機(jī)輔助管理軟件的應(yīng)用，待檢設(shè)備收發(fā)管理、檢定數(shù)據(jù)管理、檢定證書(shū)打印，這種方式實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，能快速有效的減小檢定人員在數(shù)據(jù)處理方面的工作量，同時(shí)也能防止因?yàn)闄z定人員計(jì)算錯(cuò)誤引起的檢定失誤。

2、用數(shù)字儀表代替非數(shù)字式儀表，同時(shí)通過(guò)定制的軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)記錄處理。用CST2002型智能數(shù)字壓力校驗(yàn)儀替代原始的活塞式壓力計(jì)，通過(guò)串口實(shí)現(xiàn)上位機(jī)軟件和數(shù)字壓力校驗(yàn)儀的通訊，通過(guò)通訊控制壓力檢驗(yàn)儀的設(shè)定值，當(dāng)校驗(yàn)儀的壓力值穩(wěn)定之后，鑒定人員及時(shí)讀取被測(cè)壓力表的讀數(shù)并記錄到管理軟件里。當(dāng)完成鑒定之后，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算和檢定證書(shū)填寫(xiě)等后續(xù)處理工作。

以上兩種改進(jìn)方式雖然在一定程度上減小了鑒定人員的工作量，但是對(duì)實(shí)際檢定工作的效率提升作用有限，究其原因，即使檢定儀器由非數(shù)字更換為數(shù)字式儀表，但是被檢儀表依然是非數(shù)字式，檢定人員依然要人工讀取被檢儀表的讀數(shù)。目前，大部分檢定裝置都存在類(lèi)似的問(wèn)題，檢驗(yàn)儀實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，但是無(wú)法自動(dòng)的讀取非數(shù)字化被檢儀表的讀數(shù)并且需要檢定人員長(zhǎng)期守候在檢定裝置周?chē)?，極大的制約了檢定工作的自動(dòng)化。為了突破這些制約因素，國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者開(kāi)始將機(jī)器視覺(jué)及無(wú)線技術(shù)引入到檢定過(guò)程中，希望用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)代替人工讀數(shù)工作，用無(wú)線技術(shù)使檢定人員無(wú)需看守檢定過(guò)程。

從20世紀(jì)50～60年代，美國(guó)的一些學(xué)者開(kāi)始開(kāi)展機(jī)器視覺(jué)研究以來(lái)，機(jī)器視覺(jué)獲得了蓬勃發(fā)展，新概念、新理論不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)在，機(jī)器視覺(jué)仍然是一個(gè)非?；钴S的研究領(lǐng)域，與之相關(guān)的學(xué)科涉及：圖像模糊方法處理、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、模式識(shí)別、人工智能、人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)等。目前，機(jī)器視覺(jué)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，國(guó)外不少公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)了很多基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的智能系統(tǒng)，例如：金屬板表面自動(dòng)控傷系統(tǒng)，智能交通管理系統(tǒng)，大型工件平行度、垂直度測(cè)量?jī)x，金屬表面的裂紋測(cè)量，布匹缺陷檢測(cè)系統(tǒng)等。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者開(kāi)始將機(jī)器視覺(jué)技術(shù)用于檢定系統(tǒng)中。

目前，有些利用機(jī)器視覺(jué)技術(shù)開(kāi)設(shè)計(jì)了一套指針式電壓表精度自動(dòng)化檢定系統(tǒng)，采集到電壓表圖像模糊方法并處理之后，根據(jù)指標(biāo)轉(zhuǎn)過(guò)的角度和電壓表量程計(jì)算出被測(cè)電壓表的讀數(shù)存在一個(gè)嚴(yán)重的缺點(diǎn)，即讀數(shù)是在被測(cè)電壓表的分度均勻的假設(shè)下計(jì)算出來(lái)的，對(duì)于類(lèi)似電阻表這樣分度不均勻的儀表束手無(wú)策。還有利用圖像模糊方法處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)水銀溫度計(jì)的準(zhǔn)確讀數(shù)，但是讀數(shù)的結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)偏差已經(jīng)基本和肉眼持平。當(dāng)下，制約因素已經(jīng)演變?yōu)?，如何?duì)圖像模糊方法都的刻度的標(biāo)定，即如何識(shí)別被測(cè)儀表上的標(biāo)度值，利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)識(shí)別標(biāo)度值，但是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)存在收斂速度慢，局部極值等缺點(diǎn)，并且需要大量的樣本進(jìn)行訓(xùn)練，識(shí)別效果對(duì)樣本的依賴性較強(qiáng)。

目前，玻璃液體溫度計(jì)、指針式壓力表儀表未能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)讀數(shù)，并且被測(cè)量物理量(溫度、壓力等)需要較長(zhǎng)的變化時(shí)間，檢定人員不僅需要及時(shí)讀取讀數(shù)、記錄讀數(shù)，為了縮短檢定時(shí)間還必須守候在檢定裝置旁邊，以便于在被測(cè)物理量穩(wěn)定之后及時(shí)讀數(shù)。這些工作不僅枯燥乏味，更重要的是嚴(yán)重降低了檢定的準(zhǔn)確度和效率，而且人工讀數(shù)受檢定人員的影響較大，對(duì)檢定人員的個(gè)人素質(zhì)要求較高。為了改變這一現(xiàn)狀，提高檢定人員的工作效率，很有必要設(shè)計(jì)一套自動(dòng)識(shí)別玻璃液體溫度計(jì)的檢定方案，使其具有自動(dòng)讀數(shù)功能。

申請(qǐng)?zhí)枮镃N201110131986.2、名稱為“一種標(biāo)準(zhǔn)恒溫槽觸摸屏智能測(cè)控及自動(dòng)計(jì)量檢定系統(tǒng)”的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)，提及了一種標(biāo)準(zhǔn)恒溫槽觸摸屏測(cè)控及自動(dòng)計(jì)量檢定裝置，主要通過(guò)程序設(shè)定升溫、采集、識(shí)別、比較、處理數(shù)據(jù)，自動(dòng)完成對(duì)各類(lèi)被檢溫度儀表進(jìn)行檢定，適用于升溫波動(dòng)度小的檢定溫場(chǎng)；但未提及玻璃溫度計(jì)讀數(shù)的自動(dòng)識(shí)別及自動(dòng)讀數(shù)功能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型為解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問(wèn)題，提出恒溫槽玻璃溫度計(jì)的圖像采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)采集玻璃液體溫度計(jì)的圖像，對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理，以便后續(xù)對(duì)殘缺字符的識(shí)別，提高了溫度計(jì)示數(shù)字符的識(shí)別率。

本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：恒溫槽玻璃溫度計(jì)的圖像采集系統(tǒng)，包括依次連接的圖像采集模塊、用于濾除所采集圖片中的噪音的圖像濾波模塊、用于將濾波后的圖片轉(zhuǎn)換為灰度圖的圖像轉(zhuǎn)換模塊以及用于識(shí)別出灰度圖中溫度計(jì)示數(shù)的圖像處理模塊；所述圖像采集模塊設(shè)置在恒溫槽上。

優(yōu)選地，所述圖像采集模塊設(shè)置在恒溫槽的槽蓋上。

優(yōu)選地，所述圖像采集模塊為攝像頭。

優(yōu)選地，所述攝像頭通過(guò)攝像頭固定座固定在槽蓋上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果如下：

1、本實(shí)用新型通過(guò)圖像采集模塊獲取恒溫槽中的溫度計(jì)，能識(shí)別出模糊溫度計(jì)圖片中的示數(shù)字符，減少了檢定人員的工作量，提高了工作效率，還降低了溫度計(jì)讀數(shù)出錯(cuò)的概率。

2、圖像采集模塊采用高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭，所采集的圖片質(zhì)量好，降低了后續(xù)圖片處理的復(fù)雜度。

3、圖片處理時(shí)，可對(duì)玻璃溫度計(jì)的刻度線、液柱、字符等進(jìn)行分割，便于識(shí)別溫度計(jì)示數(shù)，容易實(shí)現(xiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型的恒溫水槽結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖；

圖中：1攪拌電機(jī)；2盛水桶；3加熱器；4攪拌器；5保溫層；6工作室區(qū)間；7溢水管；8石棉板；9溫度計(jì)插盤(pán)；10鉑熱電阻；11攝像頭固定座；12水槽控制臺(tái)；13控制臺(tái)屏幕；14玻璃溫度計(jì)；15攝像頭；16電腦；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式不局限于此。

實(shí)施例

本實(shí)用新型以傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)恒溫槽為平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，為了增加自動(dòng)讀數(shù)功能，對(duì)恒溫水槽進(jìn)行了改進(jìn)，在槽蓋上增加了攝像頭固定座11用于固定攝像頭，如圖1所示，攝像頭輸出接口接入控制臺(tái)的電腦進(jìn)行模糊圖像的采集和處理，攝像頭與電腦之間使用USB接口連接。攝像頭對(duì)準(zhǔn)溫度計(jì)插盤(pán)上的待檢溫度計(jì)靠近插盤(pán)的部分，這種安裝方式適合全浸式溫度計(jì)的檢定。水槽的加熱筒內(nèi)為工作室區(qū)間6，在加熱筒內(nèi)、外都充滿水，攪拌器4裝在加熱筒的下部，攪拌葉與磁鋼固定在同一軸體上，攪拌電機(jī)1裝在槽體下部，電機(jī)軸的頂端裝有磁鋼，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)軸上的磁鋼隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)攪拌葉轉(zhuǎn)動(dòng)，推動(dòng)加熱筒內(nèi)部的水自下而上流動(dòng)，流向筒外又自上而下流動(dòng)，如此循環(huán)往復(fù)。對(duì)筒內(nèi)受加熱絲加熱的水進(jìn)行攪拌，使溫度均勻，水槽工作室上部是溫度計(jì)插盤(pán)9和石棉板8，5為保溫層，溢水管7裝在上部，工作室中的水加熱后液面升高，當(dāng)升到超出溢水管中溢流管時(shí)，水經(jīng)溢流管流出，注入盛水桶2。利用鉑熱電阻10的反饋信息，恒溫槽加熱絲和恒溫槽控制器可把槽內(nèi)介質(zhì)加熱并控制在室溫到95℃的任意溫度點(diǎn)。水槽控制臺(tái)的主要部件是溫度控制器，可控硅及電器開(kāi)關(guān)控制加熱功率，早期的控制臺(tái)用的是DWT-702控制器。

在電路結(jié)構(gòu)上，如圖2所示，本實(shí)用新型包括以下幾個(gè)依次連接的模塊：圖像采集模塊、圖像濾波模塊、圖像轉(zhuǎn)換模塊以及圖像處理模塊；圖像采集模塊設(shè)置在恒溫槽上，負(fù)責(zé)溫度計(jì)圖像的獲取，可采用攝像頭來(lái)實(shí)現(xiàn)；圖像濾波模塊用于濾除攝像頭所拍攝圖片中的噪音；圖像轉(zhuǎn)換模塊將濾波后的圖片轉(zhuǎn)換為灰度圖，為圖像的進(jìn)一步處理做好準(zhǔn)備；圖像處理模塊用于識(shí)別出灰度圖中的溫度計(jì)示數(shù)。

圖像處理可以使玻璃液體溫度計(jì)的讀數(shù)更加突出、更加清晰。此外，可以根據(jù)需求將圖像中的溫度計(jì)進(jìn)行切割，例如將含有多支溫度計(jì)的圖片中每一支溫度計(jì)都切割出來(lái)，玻璃溫度計(jì)的刻度線、液柱、字符等分別分割出來(lái)，以便對(duì)溫度計(jì)示數(shù)的識(shí)別簡(jiǎn)便一些，容易操作一些。

本實(shí)用新型采用基于微軟公司的DirectShow技術(shù)對(duì)溫度計(jì)模糊圖像進(jìn)行采集。利用DirectShow技術(shù)，可以非常方便的修改攝像頭成像參數(shù)，例如曝光時(shí)間、變焦、成像分辨率、輸出格式等。溫度計(jì)模糊圖像的采集工作是整個(gè)系統(tǒng)關(guān)鍵部分，模糊圖像采集的質(zhì)量好壞決定了后續(xù)處理的復(fù)雜程度。本實(shí)施例選用了瑞士的羅技電子公司的高清網(wǎng)絡(luò)攝像頭Pro C920，該攝像頭具有一下特點(diǎn)：1、具有20步自動(dòng)對(duì)焦功能的卡爾·蔡司鏡頭，具有300萬(wàn)物理像素，具有光線不足自動(dòng)更正功能；2、經(jīng)過(guò)認(rèn)證的高速USB 2.0(支持USB 3.0)，支持熱插入，免驅(qū)動(dòng)；3、可以采集多種尺寸(最小160*90到最大2304*1536)、多種格式(I420、RGB24、MJPG)的模糊圖像。

本實(shí)用新型所用攝像頭的輸出格式為I420，它是YUV格式的一種平面格式。在未對(duì)YUV平面格式做采樣時(shí)，YUV三個(gè)分量按照4：4：4的比例順序存儲(chǔ)。通常情況下，只針對(duì)UV分量進(jìn)行采樣。假設(shè)對(duì)UV分量的每一行和每一列都進(jìn)行2：1的采樣，那么得到的最終格式就是4：2：0的YUV存儲(chǔ)空間，也就是I420格式。由上述分析可知，I420格式是對(duì)YUV原始數(shù)據(jù)的UV分量進(jìn)行下采樣形成的一種格式，它所占的存儲(chǔ)空間只有原始YUV數(shù)據(jù)的一半。假設(shè)原始YUV資料三個(gè)分量大小分別為4：4：4，那么I420格式的大小則分別為4：1：1。

本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。