一种基于高速摄像的水表齿轮实时识别系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于高速摄像的水表齿轮实时识别系统及方法，包括图像采集装置，用于实时采集水表齿轮的光学影像并将光学影像信息传输至图像处理装置；图像处理装置将这些光学影像转换为电荷影像，接着转换成图像信号，图像信号又通过A/D转换器转换成数字图像信号，数字图像信号进一步传输至控制电路；控制电路通过相应的接口与处理器电路相连，所述处理器电路对收到的数字信号进行初步处理并保存至内存中，处理器电路根据内存中的图像数据进行识别和处理，识别和计算得出的结果，将结果输出。本发明专利技术产品可识别齿轮转动一个齿位的变化，精度更高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及水表领域，具体涉及一种基于高速摄像的水表齿轮实时识别系统及方法。
技术介绍
目前国内的水表示值误差实验的监测装置普遍采用的是激光传感器技术或图像式水表误差监测系统，上述两种方式缺点如下：其方法本身精度偏低，有一定的测量误差，并且在水表表盘进水、有灰尘等情况下精度也会受到影响从而导致误差较大；另一方面，这两种方法的识别能力是齿轮转动一圈的位置变化，测量精度偏低。
技术实现思路
为解决现有技术存在的不足，本专利技术公开了水表齿轮识别系统及方法，本专利技术可识别齿轮转动一个齿位的变化，精度更高。为实现上述目的，本专利技术的具体方案如下：一种基于高速摄像的水表齿轮实时识别系统，包括图像采集装置，用于实时采集水表齿轮的光学影像并将光学影像信息传输至图像处理装置；所述图像处理装置将光学影像转换为电荷影像，接着转换成图像信号，图像信号又通过A/D转换器转换成数字图像信号，数字图像信号进一步传输至控制电路；所述控制电路通过相应的接口与处理器电路相连，所述处理器电路对收到的数字信号进行初步处理并保存至内存中，处理器电路根据内存中的图像数据进行滤波处理，在处理器电路中，将采样点为横轴，像素值为纵轴，则最初静止状态的齿轮会有一个特征值为第一特征值，在转动过程中拍摄速度快于每个齿位转动的速度，在齿轮转动中能拍摄到每个采样点像素值的变化，当特征值由第一特征值变为第二特征值再变为第一特征值重合时，则认定为一个齿位的变化。进一步的，在图像采集装置中，实时采集水表齿轮的光学影像并将光学影像信息传输至图像处理装置。进一步的，图像处理装置中，将光学影像转换为电荷影像，接着转换成图像信号，图像信号又通过A/D转换器转换成数字图像信号，数字图像信号进一步传输至控制电路。进一步的，所述控制电路通过相应的接口与处理器电路相连，所述处理器电路对收到的数字信号进行初步处理并保存至内存中，处理器电路根据内存中的图像数据进行识别和处理，识别和计算得出的结果，将结果输出。进一步的，所述图像采集装置包括相机镜头及闪光灯，所述相机镜头摄取的光学影像。进一步的，所述图像处理装置包括高速图像传感器，相机镜头摄取的光学影像成像在高速图像传感器的表面上。进一步的，所述控制电路包括高速图像传感器控制电路，高速图像传感器控制电路通过LVDS接口将图像信息传输给处理器电路。进一步的，所述处理器电路包括FPGA及ARM处理器，FPGA通过SPI接口对高速图像传感器进行配置，控制高速图像传感器图像的输出分辨率和拍摄速度。进一步的，FPGA通过LVDS接口，接收高速图像传感器输出的图像，并保存到内存中，处理器FPGA根据内存中的图像数据进行识别和处理，识别和计算得出的结果，将结果输出。进一步的，处理器FPGA根据SPI接口中的CS_N片选信号控制一个图像传感器的工作与否，其中CS_N片选信号为高电平时图像传感器工作，反之不工作。进一步的，所述处理器电路的输出还分别与LCD显示电路、脉冲输出电路、RS485输出电路及识别启停控制电路相连；所述LCD显示电路，用于实时显示测试状态以及用户交互；所述脉冲输出电路，用于有源24V脉冲输出，用于连接上位机实时输出识别的结果；所述RS485输出电路，用于配置识别的参数以及获取计算结果；所述识别启停控制电路，通过光耦隔离，外部电路可以接无源开关信号或有源24V电路，用于控制识别工作的开始和结束。所述ARM检测引脚电平的变化，检测电平由高变低则开始检测工作，配置图像传感器，ARM控制FPGA开始进行图像分析。进一步的，所述处理器电路与上位机通信，处理器电路还与按键模块相连，所述的按键模块包括两个修改识别对象参数按键、一个控制闪关灯开关键和一个调整识别半径按键，四个按键用于与LCD显示屏配合设置识别和查询参数。进一步的，所述两个修改识别对象参数按键为一个“齿轮+”按钮用于调大齿轮轮齿数；一个“齿轮-”按钮用于调小齿轮轮齿数；一个调整识别半径按键为一个“识别半径”按钮为反转开关，默认为大识别半径；一个控制闪关灯开关键为一个“补光灯”按钮为反转开关，默认为补光灯开。进一步的，所述处理器电路与所述上位机之间通过串口或网口使用RPC的方式进行参数配置、数据传输的数据交互。一种基于高速摄像的水表齿轮实时识别方法，包括以下步骤：步骤一：利用图像采集装置对图像进行采样；步骤二：对采样点的图像进行处理后将像素值传输至FPGA；步骤三：在FPGA中进行滤波处理后传输至ARM处理器；步骤四：在ARM处理器中进一步计算并判断特征值是否变化，如果无变化，则表示齿轮静止，如果特征值变化由小变大又变小，则脉冲输出、LCD显示，同时，累积次数，在累积次数后进一步计算瞬时转速。工作原理：摄像镜头摄取的光学影像成像在高速图像传感器的表面上，图像传感器会将这些光学影像转换为电荷影像，接着转换成图像信号，图像信号又通过A/D转换器转换成数字图像信号，这些数字信号(即电信号)通过C1的LVDS接口传输给FPGA。特别地，本专利技术设计高速图像传感器的SPI接口中的CS_N片选信号控制一个图像传感器的工作与否，其中CS_N片选信号为高电平时图像传感器工作，反之不工作。FPGA对收到的数字信号进行初步处理，并将其按照一定的逻辑存储到内存颗粒DDR3中并提供给ARM处理器每个数据的地址，ARM处理器会根据这些地址提取内存中的数据对其进行处理，本专利技术采用均匀特征提取算法对内存中的图像数据进行识别和处理，识别和计算得出的结果，将通过C3、C4、C5输出。C3为LCD显示电路，本专利技术设计一个IP核作为LCD控制器，通过RGB888接口可将计算结果实时显示在LCD液晶屏上。C4为脉冲输出电路，可连接能识别脉冲信号的设备；C5为RS485输出电路，可连接支持RS495通讯协议的设备。C6为识别启停电路，其作用相当于一个控制开关，可通过电平高/低来控制识别装置的开/关。本专利技术的有益效果：本专利技术产品可识别齿轮转动一个齿位的变化，处理器电路中，滤波处理并特征提取后的图像数据特征值的变化过程判断齿位的变化。精度更高。本专利技术的识别频率可到1000帧/秒，精度极高；能识别齿轮转动一个齿位的变化，不易受到环境变化的影响，能保证运行10000次不丢1帧或至多丢失1帧的要求。本专利技术还配备全中文显示的LCD液晶屏，能实时显示监测数据，并配备4个按键、4个LED指示灯，可操作性更强。附图说明图1为LCD显示屏外围电路图；图2为RS485输出电路图；图3为电源外围电路图一；图4为电源外围电路图二；图5脉冲输出电路；图6识别启停控制电路；图7图像传感器外围电路一；图8图像传感器外围电路二；图9图像传感器外围电路三；图10电源管理电路一；图11电源管理电路二；图12本专利技术的识别算法流程图；图13本专利技术的屏显示意图。具体实施方式：下面结合附图对本专利技术进行详细说明：一种基于高速摄像的水表齿轮实时识别装置，包括壳体、主板、上位机软件、按键模块、显示模块，主板包括处理器、内存、存储器和相应的外围电路，主板连接上位机、按键模块、显示模块。主板包括：集成FPGA+ARM处理器的系统级处理器芯片、DDR3内存颗粒、由NAND FLASH芯片和可选的可扩展存储器TF卡组成的存储器、高速图像传感器和主板上相应的外围电路。主板上相本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于高速摄像的水表齿轮实时识别系统，其特征是，包括图像采集装置，用于实时采集水表齿轮的光学影像并将光学影像信息传输至图像处理装置；所述图像处理装置将光学影像转换为电荷影像，接着转换成图像信号，图像信号又通过A/D转换器转换成数字图像信号，数字图像信号进一步传输至控制电路；所述控制电路通过相应的接口与处理器电路相连，所述处理器电路对收到的数字信号进行初步处理并保存至内存中，处理器电路根据内存中的图像数据进行滤波处理，在处理器电路中，将采样点为横轴，像素值为纵轴，则最初静止状态的齿轮会有一个特征值为第一特征值，在转动过程中拍摄速度快于每个齿位转动的速度，在齿轮转动中能拍摄到每个采样点像素值的变化，当特征值由第一特征值变为第二特征值再变为第一特征值重合时，则认定为一个齿位的变化。

【技术特征摘要】
2016.01.27 CN 20161006064721.一种基于高速摄像的水表齿轮实时识别系统，其特征是，包括图像采集装置，用于实时采集水表齿轮的光学影像并将光学影像信息传输至图像处理装置；所述图像处理装置将光学影像转换为电荷影像，接着转换成图像信号，图像信号又通过A/D转换器转换成数字图像信号，数字图像信号进一步传输至控制电路；所述控制电路通过相应的接口与处理器电路相连，所述处理器电路对收到的数字信号进行初步处理并保存至内存中，处理器电路根据内存中的图像数据进行滤波处理，在处理器电路中，将采样点为横轴，像素值为纵轴，则最初静止状态的齿轮会有一个特征值为第一特征值，在转动过程中拍摄速度快于每个齿位转动的速度，在齿轮转动中能拍摄到每个采样点像素值的变化，当特征值由第一特征值变为第二特征值再变为第一特征值重合时，则认定为一个齿位的变化。2.如权利要求1所述的一种基于高速摄像的水表齿轮实时识别系统，其特征是，在图像采集装置中，实时采集水表齿轮的光学影像并将光学影像信息传输至图像处理装置。3.如权利要求1所述的一种基于高速摄像的水表齿轮实时识别系统，其特征是，图像处理装置中，将光学影像转换为电荷影像，接着转换成图像信号，图像信号又通过A/D转换器转换成数字图像信号，数字图像信号进一步传输至控制电路。4.如权利要求1所述的一种基于高速摄像的水表齿轮实时识别系统，其特征是，所述控制电路通过相应的接口与处理器电路相连，所述处理器电路对收到的数字信号进行初步处理并保存至内存中，处理器电路根据内存中的图像数据进行识别和处理，识别和计算得出的结果，将结果输出。5.如权利要求2所述的一种基于高速摄像的水表齿轮实时识别系统，其特征是，所述图像采集装置包括相机镜头及闪光灯，所述相机镜头摄取的光学影像。6.如权利要求3所述的一种基于高速摄像的水表齿轮实时识别系统，其特征是，所述图像处理装置包...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕文，冯传，骆兆松，宫鹏，乔新晓，裴化成，
申请(专利权)人：山东厚德测控技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37