引言
　　最常用的汽车仪表类型为指针式仪表一般由里 程 表转 速 表水温表和燃油表四个表盘组成工业上汽车指针式仪表的质量指针检测内容主要是针对包括这四种表盘的指针导光性能和指针偏转角度误差的检测 其检测的准确性是汽车质量控制的关键 目前我国汽车行业普遍采用人工方式对指针式仪表进行检定和校验 检测人员需要手动触摸开关来控制指针信号输出 同时注视被检仪表的指针位置通过比较指针所指刻度与输入被检角度信号的一致性以及汽车仪表在夜光模式下的导光性能来判定 仪 表 是 否 合 格 这种方法在对大批量的仪表进行质检时 由于长时间重复性工作将引起检测人员的视 觉 疲 劳 造成质检误差增加 同 时还存在效率低的缺点 为了减小质检误差 提高工作效率降低生 产 成 本 运用数字图像处理技术实现汽车仪表指针自动检测的方法越来越受到人们的关注图 基于最小灰度相减法的仪表指针角度检测算法流程
　　目前国内外对于指针式仪表的图像处理与识别已展开了大量研究 例如王博等人根据指针式仪表图像的噪声 特 征 构 造 了 阈 值 减 影 算 法 从 而实现了 指 针 的 检 测 国 外 学 者 等 针 对 所检测电压表双排刻度显示的特点通过计算双排刻度所在同心椭圆 长 轴 比 例 仪表圆心点坐标 刻 度范围以及采用待测图与参照图差分获取指针位置参数来检测指针偏转角度的误差 何智杰 等 采用条件 变换和中心投影分析法实现指针刻度的全自动识别 李沛玲等通过指针点坐标表盘圆心坐标和指针初始零点坐标进行三角形拟合将获取的指针读数与相应的标准读数进行比较 从而实现指针角度的检测 此外由于汽车仪 表 与其他指针式仪表具有一定的差异性如汽车仪表中的速度表 和 转 速 表 的 指 针 旋 转 几 乎 到 达 而电压表指针只旋转较小的角度 因此一般的指针式仪表指针识别算法不能完全满足针对汽车仪表指针角度识别的特殊需要
　　本文对汽车仪表指针图像的特点进行了分析提出了一种 最 小 灰 度 相 减 法 和 变 换 联用的方法来实现仪表指针角度的识别和指针导光性能的检测 该方法采用最小灰度相减法从两张背景相同而仪表指针位置不同的图像中巧妙地提取到仪表指针然后运用二值化 细化和 变换识别出指针角度 同时利用提取的指针实现对指针的导光性 能 检 测 文 中 第 节 将 详 细 描 述 最小灰度相减法与 变换联合使用检测仪 表 指针角度的算法第 节描述基于最小灰度相减法检测指针导光性能的算法 第 节给出了对指针角度偏转和导光性能进行检测的实验结果并对其进行了分析第 节对全文进行总结
　　仪表指针角度检测方法
　　本 文 中 仪 表 指 针 角 度 检 测 算 法 的 基 本 思 想 是在指针角度检测时 只有指针在转动而背景图像无变化因此可以利用该特点将图像中的目标指针提取出来并对其单独进行分析 提取指针采用最小灰度相减法该方法利用两幅指针位移变化的仪表灰度图像中指针所在处的灰度变化特点得到一张无指针的目标仪表背景模板图像进而通过新生成的模板图像与指针角度变化图像相减可将指针提取出来 使用该算法的前提是两幅图像背景必须保证一致而只是 目 标 整 体 指 针位 置 不 同 具 体使用方法详见 节 然后对指针提取后的图像运用大 津 阈 值 分 割 法 和 细 化 算 法获得单像素 指 针 线 最 后 利 用 变 换 检测指针直线并计算出指针角度 仪表指针角度检测的具体算法流程如图 所示
　　图像预处理
　　在提取仪表指针之前 需要对仪表图像进行预处理 预处理方法主要有灰度化和裁剪 为 了 获张 冀 等基于计算机视觉的汽车仪表指针检测方法取清晰图像将 汽 车 仪 表 放 入 暗 箱 中在 夜 光 模 式下拍摄仪表的 真 彩 色 图 像 由于获取的彩色图像均为 位真彩 色 位 图 为此需要对其进行灰度化处 理 此 外由 于 拍 摄 的 汽 车 仪 表 包 括 里 程 表 转速表水温表和 燃 油 表 四 个 子 表根据所检测的表盘将所拍摄的仪表图像进行裁剪以便对子表进行逐个检测表盘指针提取汽 车 仪 表 表 盘 指 针 的 提 取 是 仪 表 指 针 角 度 检测的关键步骤只 有 指 针 位 置 精 准 才 能 保 证 后 续处理的精确度能够达到要求以检查汽车仪表表盘中的速度表为例其余三块子表算法相同 提取表盘指针的具体实现算法如下由第一个被检角度信号获得起始刻度图像 如 图 所 示然 后 在 同 等 条 件 下 输 入第二个被检角度信号使得指针旋转获得转动后的指针图像 如 图 所 示 运 用 最 小 灰 度比较法获得无指针的参考图像 如 图所示即若 则否则运用灰度相减法将实际待测图像与参考图像 相 减获得指针灰度图像如图 所示即至此表盘指针图像提取完毕图 指针角度检测中的指针提取图像指针角度的识别在 速 度 表 盘 指 针 图 像 的 基 础 上 采 用 大 津 阈 值分割法和细化算法获得单像素宽度的指针线最后利用 变换识别出指针角度指针被完整提取后获得灰度指针图像然后采用大津阈 值 分 割 法 和 细 化 算 法 获 得 单像素指针线如图 所示图 细化后的指针图像变换是对图 像 进 行 某 种 形 式 的 坐 标 变换 它将笛卡尔坐标空间的点 变换 为 极 坐标空间中 的 正 弦 曲 线 该 变换的最大优点就是抗干扰性强 即使曲线有小的波动间隙经 变 换 后仍能在变换空间中形成明显的峰 值 点 因 此可 以 利 用 变 换 将原始图像中直线的检测问题转换为寻找变换空间的峰 值 问 题 将 图 上 的 每 一 白 色 像 素 点在极坐标空间 上 通 过 直 线 变 换 公 式 画 出一条曲线点和曲线一一对应 如图 所示图 变 换 检 测 直 线由于每幅图像中只有一根指针其对应着图中最长的一条直线 则可在极坐标空间中找出通过的曲 线最多的点 图 中方框内点为图 经变换后的 点 该点就对应要寻找的计算机工程与科学指针 所 在 的 直 线 图 中 标 记 的 直 线 为 图 中点 对应的直线经 过 上 述 处 理 可 以 得 到 每 根 待 检 指 针 所 在 的直线的 值 和 角 但 是由 于 变 换 无 法检测直线的方向性 而待检速度表指针旋转角度接近于 使 得 处 在 同 一 直 线 位 置但 方 向 相反的指针得到的 角度相同无法准确识 别 指 向 待测刻度的指针角度 因此需由两幅指向不同刻度的指针图像通过 变换后获得相应指针所在的直线的 值 和 角这 样 可 获 得 指 针 的 交 点即表盘的圆心坐标 然后利用 变换平 移 坐标系使原所处的以仪表表盘图片左上角为原点的坐标系 变为 以 表 盘 圆 心 为 原 点 的 新 坐 标 系最后结 合 指 针 在 新 坐 标 系 中 的 位 置即可正确获得待检刻度的指针角度基于最小灰度相减法的仪表指针导光性能检测方法如图 图 所示采 用 最 小 灰 度 相 减 法 可以完整地提取表盘的指针 再运用大津阈值分割法将该图像进行二值化处理 如图 所示图 指针导光检测中的指针提取图像然后将计数待测指针像素点个数与标准值进行比较若超出检测标准值浮动范围则判定指针导光性不合格 检测标准值可根据计算合格仪表指针的像素值来设定 同时浮动范围需要按照检测要求 来 设 置 但 是如 果 有 的 表 盘 结 构 比 较 特 殊如本文中检测的速度表 当输入信号时指针压在表盘数字上时见 图 运 用 最 小 灰 度 相 减 法 提 取 的指针留有数字部分印痕 如图 所示将会影响指针像素计数的导光检测 因此为了能够完整地提取指针可以调整输入检测信号使指针偏转避免压在数字上 具体的指针导光性检测算法流程如图 所示图 指针导光性检测的算法流程偏差检测实验结果与分析汽车仪表指针角度检测在汽车仪表的指针检测过程中对不同的仪表生产厂家有不 同 的 偏 差 标 准 和 要 求 本 系 统 通 过汽车仪表 表 盘 的 制 图 确 定 各 指 针 所 指 检 测刻度对应角度的理论值 由图像处理得到指针的检测值偏差为二者相减所得 偏差与规定的值相比较若在规定的值范围内则可判断仪表合格 随机进行角度检测 次实验所得的数据如表 所示表 指针角度检测测试数据序 号 理 论 值 度 检 测 值 度 偏 差 度张 冀 等基于计算机视觉的汽车仪表指针检测方法由表 可得平 均 误 差度 度汽车仪表指针导光性检测由 于 本 文 主 要 采 用 指 针 像 素 计 数 的 方 法 来 检测指针导光性能 不同仪表的指针的像素值随拍摄距离的远近摄 像 头 分 辨 率 周围环境亮度及指针亮度程度而改变 因此造成标准值设定有一定的难度 为确保检 测 的 准 确 性 需提高摄像头分辨率所获取图像均在暗箱 汽车仪表夜光模式下选取固定距离拍摄在同样条件下通过拍摄标准仪表来获取指针导光 的 标 准 值 根 据 检 测 要 求 设 定 一 定 的上下浮动比例 若检测值在标准值浮动范围标准值 标 准 值 内 则 可 判 定指针导光检测 合 格 通过采用此法对本项目待检测的汽车仪表进行检测的测试结果表明该算法可使指针导光检测的准确率高达 以上实验结果分析汽 车 仪 表 指 针 角 度 检 测 实 验 中 平 均 误 差 的 大小也与拍摄图像的角度有关 拍摄角度不合适会使表盘图像 产 生 微 小 的 形 状 畸 变 从而产生较大误差有可能使得 正 确 的 角 度 被 误 判因 此 选 择 理 想的拍摄角度是确保角度识别准确性的前提 也 有学者通过对摄像镜头位置进行校正来提高指针识别精度 由于本实验检测的速度表表盘具有特殊结构即指 针 刚 好 压 在 数 字 上采 用 最 小 灰 度相减 法 提 取 的 指 针 针 尖 前 部 有 轻 微 缺 损见 图证明当目标物与其他类似物重叠时该方法不能完整地提 取 目 标 物 但 是运 用 变 换 识别指针角度而 指 针 轻 微 缺 损 不 影 响 变 换检测最长直线见图 因 此 实 验 平 均 误 差 偏 小表明指针角度检测算法鲁棒性强 相反指针的轻微缺损严重影响指针导光性能检测所以需要调整输入指针检测信号 改变指针位置才能克服这个缺点见图 完整提取指针能确保指针导光性能检测结果的准确性
　　结束语
　　随着汽车工业的高速发展 汽车仪表的检测对于汽车质量显 得 尤 为 重 要 本文以数字图像处理理论为基础根 据 汽 车 仪 表 的 图 像 特 征提 出 了 基于最小灰度相减法的指针角度和导光性的新型检测算法 在指针角度检测中 由于采用了抗干扰性强 的 算 法该方法也具有很好的鲁棒性图 仪表指针角度检测算法中运 用 变换检测指针的直线本文提出的检测方法虽简单但有效具有很好的实用价值特别是对于同种类型汽车仪表的检测具有一定的通用性 这些算法已成功应用于基于计算机视觉的汽车仪表自动检测系统中还可用于指针仪表自动生产线上指针仪表的自动检测参考文献计算机工程与科学附中文
    参考文献王 博秦 岭 松基于计算机视觉的指针式仪表自动检测系统计 算 机 工 程何 智 杰张 彬金 连 文 高精度指针仪表自动读数识别方法计算机辅助工程罗 钧 夏 绪 伟卢 艳等基于图像处理的模拟指针表刻度自动 对 准 仪 器 仪 表 学 报罗 大 成王 仕 成 曾 洪 贵 等 指针式仪表识别系统的设计激 光 与 红 外戴 海 港 宫 宁 生 郇 洪 江 基于图像处理技术的高精度仪表的 自 动 判 读 化工自动化及仪表