专利名称：一种仪表字符识别系统光源照明方向的控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种仪表字符识别系统光源照明方向的控制装置。
背景技术：
仪表字符的自动识别是机器视觉技术的一种应用，常被用于自动检测、自动检定 等系统。它的硬件构成一般包含光源、摄像机和安装有图像采集卡的计算机，其中图像采 集卡和计算机也常由实现同种功能的嵌入式系统代替。自动识别的工作过程是系统工作 前调整好光源的光强和位置等参数，工作时通过摄像机和图像采集卡摄取被识别对象的图 像，再通过计算机里的图像处理和字符识别程序对图像中的字符进行识别。字符识别的正确率是自动识别系统的核心指标之一。提高识别率的途径之一是改 进图像增强或模式识别算法，以往有大量学术文章公布了这方面的研究成果。但是这类方 法能充分发挥作用的前提是系统已经采集到清晰的仪表字符图像。为了改善照明条件，提 高所摄图像的质量，大部分机器视觉系统(包括仪表字符的自动识别系统)都配备了专门 的照明光源。光源调节至最佳照明状态有两种方法，一种是靠工程人员根据对图像质量的主观 判断对光源位置和光强进行调节的方法，另一种是自适应调节方法。例如，中国专利公告CN 100441063C(公告日期2008年12月3日)公开了一种机器视觉测量系统中的自适应调整 光强的照明光源装置。按照该方法，这种光源根据被测物表明的照度主动调节光源辐射光 强，从而避免人主观判断的不准确。这种方法的不足之处是，只考虑了光源辐射光强对图像 质量的影响，而没有考虑到光照方向对图像质量的影响。由于很多仪表的显示屏是光滑表 面，因此当光照方向不适当时，被拍摄物体某一区域可能有大量反射光线进入摄像头，造成 图像中的亮斑现象。如果亮斑恰好出现在被识别字符的某一笔画上，就会造成系统误判，得 到错误的识别结果。因此，有必要研究克服仪表字符的自动识别中的亮斑影响问题。
发明内容本实用新型的目的是提供一种仪表字符识别系统光源照明方向的控制装置，以解 决现有仪表字符自动识别中的亮斑现象影响识别效果问题。为解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的本实用新型包括摄像机、图像采集卡、计算机、环形光源和光源主电路；还包括能 改变环形光源的角位移执行机构及其驱动电路，角位移执行机构与环形光源连接。所述的角位移执行机构为带驱动电路的步进电机，支架的一端固定在摄像机上， 支架的另一端固定在步进电机上，步进电机轴上安装连接块，连接块与环形光源侧面相连 接，步进电机转动时，能改变环形光源的光照方向。所述的角位移执行机构包括Y型架和支架，Y型架的一端固定在摄像机上，支架的 另一端安装第一电磁铁，Y型架的开叉两内侧面分别安装第二、第三电磁铁，第一电磁铁插 入Y型架开叉两内侧面的第二、第三电磁铁之间，Y型架中部通过轴承用螺钉与支架转动连接，Y型架端部通过连接轴与环形光源侧面固接，驱动电路驱动第一电磁铁与第二、第三电 磁铁的离合，能改变环形光源的光照方向。所述的摄像机镜头主光轴与环形光源圆心同轴安装。所述的环形光源为环状LED光源。一种应用于仪表字符自动识别系统的照明和图像处理方法，包含以下步骤a)对被识别对象进行两次或两次以上不同方向的照明，在各照明情况下采集同一 被识别对象的图像；b)对步骤a)采集到的两次或两次以上的图像分别进行滤波和二值化处理；c)利用步骤b)所得二值化图像的灰度信息，合成一幅新的图像；d)利用字符识别技术识别图像中的字符。本实用新型具有的有益效果是本实用新型采用转动的环形光源对被识别对象进行两次或两次以上不同方向的 照明，在各照明情况下采集同一被识别对象的图像；利用多幅图象获取的信息合成一幅新 的图像；利用字符识别技术识别图像中的字符。此方法结构简单、成本低，以解决现有仪表 字符自动识别中的亮斑现象影响识别效果问题，提高了仪表字符的识别效率。
图1是本实用新型的结构框图。图2是本实用新型实施例1中角位移执行机构结构示意图。图3是本实用新型实施例2中角位移执行机构结构示意图。图4是图3转动机构的局部爆炸示意图。图5是一幅右侧有光斑的仪表字符照片经过滤波和二值化后的图像图6是一幅左侧有光斑的仪表字符照片经过滤波和二值化后的图像图7是对图5和图6应用本实用新型方法后得到的图像图中1、摄像机，2、图像采集卡，3、计算机，4、接驱动电路，5、位移执行结构，6、环 形光源，7、被识别仪表，5-1、步进电机，5-2、电磁铁，5-3、Y型架，5-4、电磁铁，5_5、电磁铁， 5-6、轴承，5-7、螺钉。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。如图1所示，本实用新型包括摄像机1、图像采集卡2、计算机3、环形光源6和光源 主电路，其特征在于还包括能改变环形光源6的角位移执行机构5及其驱动电路4，角位 移执行机构5与环形光源6连接。如图2所示，所述的角位移执行机构5为带驱动电路4的步进电机5-1，支架的一 端固定在摄像机1上，支架的另一端固定在步进电机5-1上，步进电机5-1轴上安装连接 块，连接块与环形光源6侧面相连接，步进电机5-1转动时，能改变环形光源6的多个光照 方向。如图3、图4所示，所述的角位移执行机构5包括Y型架5-3和支架，Y型架5_3的 一端固定在摄像机1上，支架的另一端安装第一电磁铁5-2，Y型架5-3的开叉两内侧面分别安装第二、第三电磁铁5-4、5-5，第一电磁铁5-2插入Y型架5-3开叉两内侧面的第二、第 三电磁铁5-4、5-5之间，Y型架5-3中部通过轴承5-6用螺钉5_7与支架转动连接，Y型架 5-3端部通过连接轴与环形光源6侧面固接，驱动电路4驱动第一电磁铁5-2与第二、第三 电磁铁5-4、5-5的离合，能改变环形光源6的光照方向。上述三个电磁铁都与驱动电路4相连。驱动电路4的输出为三路电流，通过控制 输出电流的通断及方向，可以使第二电磁铁5-4和第一电磁铁5-2相吸或第三电磁铁5-5 和第一电磁铁5-2相吸，从而使环形光源6转动到两个定点位置上。所述的摄像机1镜头主光轴与环形光源6圆心同轴安装。所述的环形光源6为环状LED光源。系统运行时，计算机3发送命令给驱动电路，控制步进电机5-1将光源6定位于初 始位置1，然后通过摄像机1和图像采集卡2采集被识别仪器的第1幅图像，接着控制电机 转动一个角度将光源6定位于位置2，采集第2幅图像，重复此过程N此共采集到N幅图像。 对上述图像进行滤波、二值化处理，得到N幅二值图像。用B和T像素取值分别代表图像中 的背景色和目标字符色。对于N幅图像的同一坐标表示的像素点，记有Nb幅图像的此坐标 像素值为8，有Nt幅图像的此坐标像素值为T，则合成一幅新的图像，新图中此坐标像素点 数值R按下式计算最后对合成的新图像进行识别。图5是右侧有光斑的仪表字符照片经过滤波和二值化后的图像，图6是左侧有光 斑的仪表字符照片经过滤波和二值化后的图像，利用基于神经网络的模板匹配算法对图5 和图6进行识别，会出现图5中的“9”无法识别，图6中的“3”被错识别成“1”的情况。在 使用本实用新型方法后，利用图5和图6合成的图像为图7所示，再利用基于神经网络的模 板匹配算法即可正确识别出仪表字符“35. 9”。
T NB <Ν B Ν > N.
权利要求一种仪表字符识别系统光源照明方向的控制装置，包括摄像机(1)、图像采集卡(2)、计算机(3)、环形光源(6)和光源主电路，其特征在于还包括能改变环形光源(6)的角位移执行机构(5)及其驱动电路(4)，角位移执行机构(5)与环形光源(6)连接。
2.根据权利要求1所述的一种仪表字符识别系统光源照明方向的控制装置，其特征在 于所述的角位移执行机构(5)为带驱动电路(4)的步进电机(5-1)，支架的一端固定在摄 像机(1)上，支架的另一端固定在步进电机(5-1)上，步进电机(5-1)轴上安装连接块，连 接块与环形光源(6)侧面相连接，步进电机(5-1)转动时，能改变环形光源(6)的光照方 向。
3.根据权利要求1所述的一种仪表字符识别系统光源照明方向的控制装置，其特征在 于所述的角位移执行机构(5)包括Y型架(5-3)和支架，Y型架(5-3)的一端固定在摄像 机(1)上，支架的另一端安装第一电磁铁(5-2)，Y型架(5-3)的开叉两内侧面分别安装第 二、第三电磁铁(5-4、5-5)，第一电磁铁(5-2)插入Y型架(5_3)开叉两内侧面的第二、第 三电磁铁(5-4、5-5)之间，Y型架(5-3)中部通过轴承(5_6)用螺钉(5_7)与支架转动连 接，Y型架(5-3)端部通过连接轴与环形光源(6)侧面固接，驱动电路⑷驱动第一电磁铁 (5-2)与第二、第三电磁铁(5-4、5-5)的离合，能改变环形光源(6)的光照方向。
4.根据权利要求1所述的一种仪表字符识别系统光源照明方向的控制装置，其特征在 于所述的摄像机(1)镜头主光轴与环形光源(6)圆心同轴安装。
5.根据权利要求1所述的一种仪表字符识别系统光源照明方向的控制装置，其特征在 于所述的环形光源(6)为环状LED光源。
专利摘要本实用新型公开了一种仪表字符识别系统光源照明方向的控制装置。包括摄像机、图像采集卡、计算机、环形光源和光源主电路；还包括能改变环形光源的角位移执行机构及其驱动电路，角位移执行机构与环形光源连接。在不同照明情况下采集被识别对象的图像，对图像实施滤波和二值化处理，根据二值化图像的灰度信息合成一幅新的图像，再利用字符识别技术识别出图像中的字符。此装置结构简单、成本低，以解决现有仪表字符自动识别中的亮斑现象影响识别效果问题，提高了仪表字符的识别效率。
文档编号H05B37/02GK201682669SQ201020180630
公开日2010年12月22日 申请日期2010年5月5日 优先权日2010年5月5日
发明者孙坚, 富雅琼, 徐红伟, 钟绍俊, 陈乐 申请人:中国计量学院