CCD在老式仪表改造中的应用

1 引言
随着自动化流水线逐渐普及，许多工厂的设备需要更新换代。但是，有些老式的设备功能完好，如经简单升级改造，仍可发挥巨大作用，从而提高设备利用率。
CCD在老式仪表改造中可用于实现老式检测设备的实时监测功能，利用CCD对传统的机械表盘进行图像识别，用计算机代替人眼完成读数以及判别工作，减轻了工作人员读数并进行数据处理等繁杂的工作，提高了监测效率，实现了实时在线监测及报警。

2 系统工作原理
如图1所示，该CCD检测系统主要由CCD摄像机、卡座、光源、图像采集卡，计算机以及输出设备组成。机械表盘和CCD摄像机被卡座固定，卡座内部自带光源，以防止外部环境变化影响图像质量，得到相对稳定的图像，简化计算机处理过程，使软件更加简单可靠。得到的图像通过图像采集卡进行A/D转换．传输到计算机进行软件处理和识别，由计算机对获得的图像进行读数并对采电感生产厂家集数据进行检测、监控等工作。

由于该设备把机械表盘的信息自动读取到计算机里，因此，用计算机替代人工进行诸多处理工作。如，多次读数进行误差分析和处理；设置值进行预警监控；可远程自动监控危险场所等。

3 选择相关硬件设备
3．1 光源选择及卡座设电感器的功能和用途计
可选数只LED发光二极管均匀安装在卡座内壁四周；也可选圆环状、照度好的节能灯管，避免光源直射CCD镜头，光源面对CCD镜头的一面要有遮挡。这样设计光源和卡座，可以保证光线能均共模电感器匀的照在表盘上，有利于CCD获得高质量的图像，防止部分CCD单元出现饱和现象使图像部分泛白而影响图像处理。
3．2 CCD及镜头选取
根据表盘本身精度选择CCD，保证图像能分辨表盘电感器生产最小刻线，且表盘属于小视场，故选择小尺寸一般分辨率的CCD即可。CCD镜头配合表盘大小及视场选取，计算公式如下：

同理：

式中，L为视场，HL为视场的水平方向，VL为视场的垂扁平型电感直方向，f为焦距。

4 图像处理软件的设计
由于表盘离CCD镜头近、视场小，属于近轴光成像，图像形变小。预先处理可只进行简单地滤波去噪。由于VC++简便快捷，因此，处理程序以Windows操作系统为平台，在VC++的环境下开发。

5 边缘检测
通过边缘检测可得到表针的边缘信息，使图像的轮廓更加突出，同时边缘以外区域保持原样。边缘检测与增强处理削弱了图像的低频部分，处理后的图像亮度保持不变，像素值变化缓慢的区域保持不变，而像素值变化剧烈的区域被突出。常用的边缘检测方法有平移和差分边缘增强、梯度方向边缘增强、Laplace边缘增强和Sobel边缘检测。
5．1 Robert检测算子
Robert算子是在2×2邻域上计算对角导数，即：

5．2 Krisch边缘检测算子
Krisch边缘检测算子使用8个模块来确定梯度幅度值和梯度的方向，即表示为：

如上所示，该算子对图像中的每个点都用8个卷积核进行卷积，每个卷积核对某个特定边缘方向作出最大响应，所有8个方向中的最大值作为边缘图像的输出。
Krisch算子是一阶微分算子，用于检测图像的阶跃性边缘，算法简单、编程方便，对带噪声的边缘较敏感，有时会造成假轮廓或生成某些并不存在的边缘点，对于屋顶型边缘无效，其效果图加图3所示。

该Laplace算子的零交叉点也可作为图像的阶跃型边缘点，而其极小值点可作为图像的屋顶型边缘。同时，由于噪声点对边缘检测有一定影响，所以该算子是效果较好的边缘检测器，其效果图如图4所示。1

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