核電廠數(shù)字自動化儀表控制兼容性設(shè)計

趙鵬

中核遼寧核電有限公司 遼寧葫蘆島 125000

圖像處理的數(shù)字儀表字符自動識別工作一直是我國發(fā)展儀表設(shè)計事業(yè)當中重點關(guān)注的話題。本文將對圖像處理的數(shù)字儀表程序設(shè)計當中算法的主要流程作出分析，以此來為實現(xiàn)針對字符圖像的有效識別提供必要的指導(dǎo)意見。使用數(shù)字圖像處理技術(shù)和數(shù)字圖像識別技術(shù)來實現(xiàn)針對數(shù)字儀表的有效識別，這不僅可以有效提高相應(yīng)工作的執(zhí)行效率，更能實現(xiàn)獲取數(shù)據(jù)精確性的重大提升。實際在實現(xiàn)針對七段數(shù)碼管式出租車計價器的自動識別時，可以使用視覺函數(shù)庫OpenCV及C++語言程序來實施相應(yīng)的工作任務(wù)。OpenCV由一些C++程序和部分C函數(shù)構(gòu)成，其最為典型的特點即是其能夠有效實現(xiàn)針對計算機視覺層面以及圖像處理層面的多類通用算法，而且還具備較強的圖像處理能力和矩陣運算能力，不僅如此，OpenCV在VC開發(fā)環(huán)境下能夠?qū)崿F(xiàn)其庫函數(shù)的直接調(diào)用，這對實現(xiàn)程序編寫流程的有效簡化具有重大的促進意義。

1 圖像預(yù)處理

1.1 圖像灰度處理和濾波

當采集到彩色圖片后，需要對原圖像進行灰度及區(qū)域識別的處理，便于后面部分的處理。濾波的目的是為了去除圖像中的雜點或者噪聲，使得圖片只剩下待識別的指針和其所指區(qū)域。經(jīng)典的濾波方法為線性濾波法，例如鄰域平均法等，而以中值濾波為代表的非線性濾波方法由于在保護圖像邊緣和細節(jié)方面的優(yōu)勢而得到了廣泛的應(yīng)用，在中值濾波中又以自適應(yīng)中值濾波在去除噪聲和保存細節(jié)兩方面效果最好。但隨著脈沖噪聲密度的增大，上述濾波器的性能隨之下降，本文采用結(jié)合了均值濾波和自適應(yīng)中值濾波兩者優(yōu)點的改進型自適應(yīng)中值濾波算法。然后對灰度圖像進行區(qū)域提取，提取出所需要的信息空間[1]。

1.2 二值化處理

執(zhí)行完一次中值濾波平滑處理工作之后，接下來便是進行相應(yīng)的二值化處理工作，這是因為，圖像的主要組成部分是物體的背景和圖案，增設(shè)二值化處理操作能夠有效實現(xiàn)物體圖像從物體背景中的必要分割。實施完二值化處理操作之后，原本的由256個值表示的灰度圖就會轉(zhuǎn)變成只有255（全白）和0（全黑）這兩個亮度值。實際在執(zhí)行圖像二值化處理操作過程當中，其最為關(guān)鍵的步驟是對一個閾值實現(xiàn)必要的確定工作，然后再基于這個閾值而將圖像總目標從圖像背景中分割出來。一般來講，可以基于整幅圖像的基本信息并調(diào)用cvThreshold函數(shù)而實現(xiàn)圖像最優(yōu)閾值的確定，然后再依照全局閾值法中相應(yīng)的大律法執(zhí)行法則而實現(xiàn)變換閥值的精確獲取。cvThreshold是OpenCV庫中的一個函數(shù)，其最為典型的應(yīng)用即是用于針對灰度圖像的閾值操作，而后即可相應(yīng)實現(xiàn)二值圖像的有效獲取。

2 核電廠數(shù)字自動化儀表控制兼容性設(shè)計

2.1 冗余CAN總線設(shè)計

在儀控系統(tǒng)設(shè)計中，考慮到需要監(jiān)控的儀表設(shè)備會出現(xiàn)加入與刪除的操作，同時為提高儀控系統(tǒng)的使用兼容性，在總線設(shè)計中采用具有國際統(tǒng)一標準的現(xiàn)場總線，CAN（Conteoller Area Network），即局域網(wǎng)控制器。由于使用基于數(shù)據(jù)的工作方式，各節(jié)點之間沒有地址上的關(guān)聯(lián)，因此滿足核電廠復(fù)雜使用環(huán)境的需求。由于核電廠儀表控制系統(tǒng)工作環(huán)境較為復(fù)雜，因此其對于系統(tǒng)的可靠性有較高要求。雖采用的CAN總線具有較強的檢錯與糾錯能力，但在核電廠的實際應(yīng)用環(huán)境下，無論是傳輸介質(zhì)的損壞、總線控制器或驅(qū)動器的損壞均會對數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生不可修復(fù)的影響。為解決該問題，設(shè)計一種冗余CAN總線的拓撲結(jié)構(gòu)，保證數(shù)據(jù)的正常傳輸。冗余總線系統(tǒng)采用A、B互為熱備份的設(shè)計方式。其中，每套總線均包含獨立的電纜、總線驅(qū)動及控制系統(tǒng)，從而實現(xiàn)全面的冗余備份。

2.2 穿線識別法

實現(xiàn)數(shù)字儀表字符的有效識別，可以采用穿線識別法，這種識別方法的執(zhí)行機理是利用7段數(shù)碼管的基本特征而進行相應(yīng)的字符圖像識別流程，其主要是通過實現(xiàn)7個顯示段基本特征的提取工作而完成針對字符的精確判斷。ABCDEFG7個顯示段經(jīng)過特殊排列而構(gòu)成7段數(shù)碼管，這7個顯示段的長短以及粗細程度都基本保持一致，而且其都是水平或者垂直狀態(tài)的顯示段。在對穿線識別法進行實際的實施時，可以先對字符作出平行于水平方向的分割線L1和L2，再基于水平方向而將字符分割成3部分，并對這3部分分別執(zhí)行從左至右的掃描工作，如果其某一部分存在筆段，就可以將其記為“1”，否則記為“0”。這一應(yīng)用方案可用于檢測DEFG段是否存在筆段。而后，再對字符做垂直于水平方向的平分線L3，以這種方式按照垂直方向而將字符分割成兩部分，再對這兩部分分別進行從上到下的掃描工作，如果其某一部分存在筆段，則可以將其記為“1”，否則記為“0”，而這一應(yīng)用方案則可用于檢測ABC段是否存在筆段[2-3]。

3 結(jié)語

基于OSI七層模型、核電廠實際工作環(huán)境及核電廠對儀控系統(tǒng)的特殊要求，同時考慮實際工作中儀控系統(tǒng)會受到靜電、浪涌、電磁輻射、脈沖群等的影響，從過程、現(xiàn)場、單元和管理等4個部分進行，并采用冗余CAN總線提高系統(tǒng)的可靠性，設(shè)計實現(xiàn)一種具有強兼容性的核電廠數(shù)字自動化儀表控制系統(tǒng)。同時對該系統(tǒng)進行EMI試驗，試驗結(jié)果表明其達到工業(yè)二級標準，可在核電廠環(huán)境下進行使用。為我國核電廠后續(xù)儀控系統(tǒng)的設(shè)計及升級具有較強的指導(dǎo)意義。