李宇 北京大恒圖像視覺有限公司
汽車的儀表盤信號由數(shù)字信號、模擬信號和CAN總線信號組成,相應(yīng)的指示燈亮或儀表指針轉(zhuǎn)動,是在接受到指示的信號時[1]。儀表板在用于整車測試之前,必須對儀表板的功能進(jìn)行綜合測試,為了減少整車測試的次數(shù)和測試工作量,為了模擬車輛環(huán)境,需要測試儀表板的功能[2]。傳統(tǒng)方法下,汽車儀表盤收到相對應(yīng)信號指示時,人工觀察指示燈處于燈亮還是燈滅狀態(tài),指示燈的顏色,儀表的指針是否對應(yīng)正確的地方。人的主觀行為會對結(jié)果造成影響,例如在檢測指針刻度的環(huán)節(jié),由于測試的人員不同,由于在不同的時間進(jìn)行測試,都會影響檢測的結(jié)果,導(dǎo)致錯誤判斷。提高汽車儀表識別的自動化程度和準(zhǔn)確性,也是汽車電子儀表迅速發(fā)展的表現(xiàn)。機(jī)器視覺技術(shù)采用了攝像頭代替人眼進(jìn)行檢測,增強(qiáng)了檢測化的水平,提高了檢測的效率,也使得檢測的準(zhǔn)確率得到進(jìn)一步提升。
遙感圖像醫(yī)學(xué)圖像處理技術(shù)在1970年興起,成為了機(jī)器視覺技術(shù)的基礎(chǔ),目前被廣泛應(yīng)用。機(jī)器視覺,也叫做計算機(jī)視覺,目的在于通過計算機(jī)代替人類的視覺功能,即通過計算機(jī)實現(xiàn)對客觀三維世界的判定[3]。簡單來說,機(jī)器視覺是一門科學(xué)技術(shù),通過計算機(jī)模擬生物外貌或宏觀視覺功能,通過計算機(jī)、照相機(jī)來代替人眼實現(xiàn)檢測、識別和判斷。通過圖像的創(chuàng)建和恢復(fù),然后把它用在真實模型中,進(jìn)行實際檢測、判定。另外,在機(jī)器上增加視覺設(shè)備就是機(jī)器視覺的核心。機(jī)器視覺由人工智能、神經(jīng)生物學(xué)、心理物理學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、圖像處理等項目組成。
機(jī)器視覺處理系統(tǒng)優(yōu)光源、數(shù)碼相機(jī)、圖像處理分析單元、通訊/輸入輸出單元等一系列組成,它的機(jī)制是通過攝像頭采集計算機(jī)中記錄的三維場景的目標(biāo)圖像。為了在一定的光照條件下創(chuàng)建原來的樣子;接著通過圖像處理技術(shù)對原來的圖像進(jìn)行提前處理,把高清圖像提取出來,再把特征用職別技術(shù)進(jìn)行分類,最后根據(jù)預(yù)設(shè)的情況輸出結(jié)果。機(jī)器視覺的汽車儀表系統(tǒng)中,數(shù)碼相機(jī)負(fù)責(zé)捕捉汽車儀表板的圖形,進(jìn)而轉(zhuǎn)換為計算機(jī)可識別的數(shù)字信號,然后傳輸?shù)接嬎銠C(jī)里[4]。另外,增強(qiáng)圖像畫質(zhì)、降噪圖像。
一般的圖像處理系統(tǒng)由以下要素組成:圖像采集、圖像處理分析、圖像輸出與控制組成。本系統(tǒng)設(shè)計的硬件部分包含了儀表板支架、運動導(dǎo)軌、光源、智能攝像頭和通信模塊。
機(jī)器視覺和圖像記錄的質(zhì)量密切相關(guān),最重要的是光源。主要機(jī)制是,在封閉的暗箱中放入系統(tǒng),然后用光源進(jìn)行照明。本系統(tǒng)采用環(huán)形LED光源,3.21V直流電源,儀表板與攝像頭之間是光源。
攝像頭負(fù)責(zé)采集系統(tǒng)捕捉到的圖像,整個圖像處理系統(tǒng)的功能能否實現(xiàn)和攝像頭密切相關(guān)。本次研究選用了Point Gray的Grasshoppe3。
機(jī)器視覺軟件包括了以下部分:顯示情況、指針儀表和儀表盤字符功能。本次研究采用Point Gray的Grasshoppe提供的相機(jī)自帶的Insight Explore開發(fā)環(huán)境,軟件有EasyBuilder開發(fā)的兩個編程接口:界面和電子表格開發(fā)界面,電子表格界面中進(jìn)行圖形處理開發(fā)。
汽車指示燈包括左轉(zhuǎn)、右轉(zhuǎn)、機(jī)油、壓力、安全氣囊燈等。左轉(zhuǎn)彎燈,打開左轉(zhuǎn)向燈與關(guān)閉左向彎燈,左轉(zhuǎn)向燈處于不同的位置。首先確定左轉(zhuǎn)向燈的地方,提取灰度值通過ExtractHistogram函數(shù),表示該區(qū)域的平均灰度值為21。左轉(zhuǎn)向燈接收到指示后亮起,該區(qū)域的平均灰度值為45。另外,設(shè)置30為灰度閾值進(jìn)行更準(zhǔn)確的檢驗。經(jīng)檢測灰度值小于30,表明左轉(zhuǎn)向燈關(guān)閉。如果大于30,則確定接收到左轉(zhuǎn)向燈,直到信號燈亮起。
它是通過測量指針的旋轉(zhuǎn)角度并將其轉(zhuǎn)換為與儀表相對應(yīng)的刻度來進(jìn)行檢測。指針收到車速表模擬信號并進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時,指針區(qū)域首先轉(zhuǎn)換為二值圖像,以0為起點。調(diào)用 FindMultiLine 函數(shù)來查找 0 刻度的兩側(cè)。頁面確定的原理是頁面兩側(cè)的灰度不同。把O標(biāo)尺的兩條邊寫成0和1,在邊的坐標(biāo)基礎(chǔ)上計算起點坐標(biāo)。同時記錄指針移動到端點的位置。觀察指針兩側(cè)灰色的程度,去發(fā)現(xiàn)指針的兩側(cè),也寫下為 0 和 1,在兩側(cè)的坐標(biāo)基礎(chǔ)上去計算端點坐標(biāo)。因為指針顯示的形狀是圓形,顯示的中心也是一個黑色的圓圈。因此確定圓的位置要采用 FindCircle 函數(shù)。通過灰度差,來獲得兩個圓的圓心,以此確認(rèn)圓的位置。圖中顯示的地方就是找到的圓,把圓的位置作為基礎(chǔ),然后找出圓心坐標(biāo)。用這樣的方式,計算出起點、終點和圓心的坐標(biāo),分別把起點和圓心連接,終點和圓心連接,兩條線夾角的圓圈,與儀表盤刻度匹配;此時指針對應(yīng)的刻度可以通過夾角來計算。
儀表盤中需要識別0-9、a-z、A-Z等字符,如0-9,具體方法:
(1)識別字符的過程中,字符之間有著加大的差異,例字符的形狀、字體和大小與 識別結(jié)果有著直接的聯(lián)系。把模板以供以后識別,必須先創(chuàng)建一個標(biāo)準(zhǔn)字符庫,調(diào)用TrainFont函數(shù)訓(xùn)練字符,字符庫由訓(xùn)練分離的字符維護(hù)。
(2)把識別的字符與模板庫進(jìn)行比對來識別字符。
綜上所述,機(jī)器視覺系統(tǒng)有助于生產(chǎn)效率的提高,使得自動化水平逐漸增強(qiáng)[5]。這些狀況下可以運用機(jī)器視覺:在不適合人工操作的情況下,危險環(huán)境中,或者人工視覺難以完成時。工業(yè)化時代的到來,人工視覺檢測產(chǎn)品,存在效率低、準(zhǔn)確率低的弊端,而使用機(jī)器視覺檢測方法可以使得生產(chǎn)效率和自動化程度增強(qiáng)。機(jī)器視覺使得信息集成、計算機(jī)集成更容易實現(xiàn)。對機(jī)器視覺檢測技術(shù)的研究,有助于我國汽車電子系統(tǒng)的進(jìn)一步探索。