多组指针式压力表判读研究

产能是工厂生产中重要的目标，也是于同产业竞争力 中重要的指标，导入中央工厂监控可有效预防并降低产品报废进 而提升产能。传统生产在线有各类型仪表提供监看压力、温度及 湿度等讯息。稳定维持提供标准的生产环境，除了能减少产品报 废并可确保质量与工厂安全。针对电路板电镀生产在线需透过化 学液体对电路板进行蚀刻，于是会装置许多流体压力感测仪表，来 确保生产在线产品蚀刻质量。因此须定期确认压力表的指针，判 断是否于正常范围内。

1.前言

传统作法是由操作人员定时进行巡视并以纸本登录，但是往 往当仪表数量庞大时很容易有疏失或遗漏情形发生，而导致批量 产品报废甚至演变为重大事件。透过自动判读来取代人工检视可 以有效提升生产效能。因此本文拟提出方法，利用影像处理技术 来自动辨识压力表的指针位置。以非侵人方式在不改变现场原有 装设的前提下，运用网路摄影机(IPCamera)进行画面撷取，经由所 提方法同时判读多组压力表的指针位置，藉此取代并改善人工巡 检的缺点。

2.仪表定位

采用该仪表显示区域特征为圆形的基础进行定位辨识，欲建 立_ -次能辨识与纪录多组仪表，故取样画面会涵盖较大范围的影 像。由于现场产线长达20至30米，所以需于特定范围进行个别群 组辨识，又因在各群组中其仪表所分布的位置并非固定，所以在进 行系统化辨识前，须定能自动定位找出画面中有几组仪表，以利后 续进行各指针群辨识。首先为丫区分画面中的前景与背景物，须 先将影像进行灰阶化，此次采用1TU-Rim?709参数进行处理，其中 每组像素(pixel)都由三个字节所组成，分别为红(R)、绿(G)、蓝(B)三 种色彩信息，将影像的色彩信息乘上不同颜色的系数，由Rrj三维 色彩空间转换成_ -维的灰阶(Gray)色彩。然后透过由阈值(Thresh-old) 的选用，将影像进行二值化分析。 由于所处理的画面范围较 大，其影像光线分布不均，仪表所位处的位置可能位于角角或上方 有遮光物等，若仅用单_ -影像阈值进行二值化分析，则可能位于过 暗或亮处的仪表将会被忽略。

2.1 二值化影像

在各别阈值下所提供的二值化影像，须进行区块化统计，可利 用BLOB(binarylargeobject)的方法对个别阈值的影像进行区块化扫 描。其处理方式为针对二值化后的影像进行扫描，在处理前可定 义单_ -区块最小或最大的长与宽，然后针对符合该过虑条件的影 像区块进行标注位置与记录长宽。当阈值180后二值化影像，目标 区块为白色区域，定义最小宽与高度为50pixel区块过滤后的影像。

当区分出可能为仪表的影像区块后，由于此次目标仪表特征 为圆形外框，于是针对所取出的区块进行圆形特征辨识，进行圆形 辨识，其方法主要是以所有圆形的边缘点应与圆心具有相同的距 离。在影像区块中边界可能会有些干扰或变形，导致_ -些边缘的 像素会距离圆心更近或远，在定义_ -可容许范围下，如果该区块超 出过多就有可能是圆形以外的形状，而反的则为圆形。在二值化 后通过影像区块重心上的五组直线L1~L5交集于仪表边缘A~E 点，其中A~D点所标示均为正确圆的边缘，而E点则为干扰的错误 交集，当符合上述辨识条件，其类似E点的边缘数仍于允许范围下 则判定该区块仍为圆形，将其圆心坐标及半径进行记录。

2.2定位的影响

由于辨识压力表上采用圆形的半径相等方式来进行辨识，所 以当与表面视角倾斜至_ -定程度后则会影响定位，当处于不能变 更现场压力表表面角度下，则视角需于有限夹角内才可有效定 位。透过实验证明当大于15°后，系统将无法有效辨识出压力表位 置。本系统的镜头若为于压力表群中央，其左右视角最广为 150°。但现场环境若允许，则可将压力表的表面进行调整至许范围 内，以取得较准确的压力表定位。后续将会以指针角度进行辨识， 所以针对圆心位置需有相当程度的要求，目前所针对的指针型仪 表若角度上有所倾斜或阴影将会在不同的阈值有所不同的圆心结 果，尤其在于靠近拍摄时更为明显。如仪表近拍图，绿色圈为不同 阈值所侦测到同_ -区块的圆形，其中心处的绿色标点即为圆心，透 过如上所得到的坐标信息群，将其圆心信息进行_ -次修正，分别将 其X与Y轴坐标进行分类统计，取其重心所在重新定义其圆心位置 则可得到校正后圆心位置的红点。

2.3修正

当近距离辨识仪表时，经过_ -次修正后仍有可能因随机阈值 关系，其所载人的圆心位置仍有偏差而导致后续角度辨识错误。 本论文提出的辨识角度的方式均以圆心为出发点，所以圆心位置 正确性十分重要，需再进行二次修正。何者须修正的判断方式，以 指针位置的特征若为圆心，其影像二值化后应为1，若经过_ -次圆 心修正后仍为0者，则代表可能圆心仍有误需再进行二次修正。由 于近距离拍摄下淸晰可见指针固定处中心区域特征为圆形，以外 框所辨识区块的半径进行缩小1/3范围，再次进行小区域的Otsu二 值化与区域圆形侦测，若有取得圆形区块再取其圆心进行修正，修 正后的圆心，其位置亦更接近人工目视的中心位置。

3.指针角度辨识

当取得仪表的位置后，由于有效的缩小影像辨识范围，故针对 该侦测区域进行后续指针辨识即可。针对所定义出的个别圆形区 块进行分割出前景与背景取出指针位置，将该区块进行对比调整， 透过建立_ -组阈值将灰阶化后的影像二值化，其中0为背景，1为指 针。而取得阈值方法又分为手动与自动，自动化阈值图像分析中 以Otsu法最为被广泛使用，Otsu法也称为最大类间方差法或最小 内方差法，该方法基于影像的灰度直方图，以目标和背景的类间方 差最大或类内方差最小为阈值选取准则，在很多情况下都能取得 良好的分割效果。针对表面区域使用Otsu进行二值化后则可取得 影像画面。

指针位置与角度判别是以扫描方式处理，建立由圆心连至圆 边缘的直线，顺时针旋转360度进行扫描。由于此仪表中仅有_ -组 指针，所以可忽略掉不可能出现指针的角度，限定角度于特定范围 进行侦测以减少时间。扫描过程中于二值化影像中与该角度直线 范围中像素交集的像素进行统计数量，由重迭像素最多者的扫描 线即为指针。

确认指针同时也计算出该指针的角度，由于所得到的数据为 角度信息，则须与仪表做相对应的数值输出。由于为丫辨识大量 仪表，其须距离仪表较远处，以容纳下大量的仪表群影像，若非近 距离拍摄则所撷取的影像辨识仅能辨识出指针角度数值。其中需 特别注意压力表的刻度与数值标示并非等距离切割，其最小单位 格共58格，而数值显示则分布于0至60PSI，其中于10PSI下的切割 格数仅8格，其余数值标示10至60区间为10格。此次所辨识的压 力表为华记科技有限公司所制造的双面充油式PP隔膜压力计Gi- AC，其在表背面刻度上有反向的刻度呈现，所以于现场进行安装 时，必须于程序预先设定该群压力表的表面方向。

4.总结

由于视觉辨识目的为呈现与人工实际相同读表数值，但目前 所取得的数值仅为角度，故需于程序进行换算。首先定义其测得 角度为X，角度则依据其坐标位置进行转换后则可得到与仪表相对 应的位置，根据角度与压力比例关系进行等比推算。