摘要：对由工业相机来集的玻璃转子流量计圈像进行自动困像切割、增强、滤波、二值化等图像预处理，通过对球形转子二值化图像中生成的一维数组进行横向累加，对形成的波峰值取平均值，从而求出感型转子最大藏面处的准确位置，达到读取流量的目的；进行了Matlab仿真实验；并讨论了包括摄像机俯仰角在内的各项误差和修正。

0引言
玻璃转子流量计厂家在测量小流量和微流量，以及无直管段要求等方面比其它流量计更有优越性，因而具有很广阔的应用市场。玻璃转子流量计一般都是通过人眼观察来读取流量的。对于小口径玻璃转子流量计而言，要读准流量有一定困难，读数误差较大。依靠人眼观察读取流量不能连续、自动取得流量数据的电信号输出，因而不能实现流量测量自动化。为此，人们开始研究如何使玻璃转子流量计实现电信号输出的方法。文献1研究了一种采用干簧管及电阻排列组合而成的传感器，以实现转子高度信号远传的方法；文献2则采用伺服电机带动光敏三极管在锥管外上下移动，跟踪转子高度位置，实现电信号的输出]。文献3提出使用图像测量的方法自动识别水银温度计的读数，实现了温度计测量的自动化]。本文采用图像处理方法，实现玻璃转子流量计的自动识别转子高度。实验表明，采用图像测量方法可以识别1/10最小刻度值，从而大大提高了流量计读数的分别率和精确度。该方法特别适合于介质为气体或纯净水（无明显气泡）场合，以及微小口径、微小流量的玻璃转子流量计的自动测量。

1图像采集及其软硬件平台
在实验装置中，图像采集设备选用的是130万象素的工业相机，相机分辨率为1280×
1024。镜头采用Pentax FA/机器视觉单焦点镜头H612A。它相比于传统的相机（摄像机）具有高清晰、高反差、画像畸变小等特点。
Matlab是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件工具，可以进行控制系统的设计与仿真、数值分析与计算、数字图像处理、工程与科学绘图、数字信号处理等。主要包括Matlab和Simulink 两大部分[]。本文利用Matlab中的图象处理工具箱（Image Processing Toolbox）中的图像显示函数、图像文件输入、输出函数、图像分析函数、图像增强函数、线性滤波函数、二维线性滤波器函数等的调用和编写相应程序，对转子图像进行识别、处理。
2转子流量计图像的预处理
图像采集并切割后，必须对图像进行预处理。首先运用拉氏算子图像增强方式进行图像增强处理，相关代码如下：

然后，对图像进行滤波处理。选用自适应滤波处理技术。Wiener2函数提供的自适应滤波通常比线性滤波的效果好，它根据图像的局部方差来调整滤波器的输出，当局部方差大时，滤波器的平滑效果较小，反之，滤波器平滑效果强。可以更好的保存图像的边缘和高频细节信息。自适应滤波处理相关函数为bw=wiener2（bw）；最后对图像进行二值化处理。二值图像是指只有黑白两种颜色的图像，可以把它看作是特殊的灰度图像。：值图像只需要一个数据矩阵来存储，每个像素只取0或1，黑色用0表示，白色用1表示，函数为
bw=roicolor（bw，0.55，255）；预处理前和预处理后的转子图像如图1（a）~（c）所示。

3转子高度与流量读数识别算法
3.1刻度定位算法
本文通过二值图像的横向累加以识别刻度线。在一个二值图像中，像素的值不是0就是1，利用这个特征，以垂直方向为基准对图像进行横向累加，这样就可以得到一个一维的数组，然后通过对一维数组的各项特征取得刻度的值。为了便于更直接的观察，把它放在了一个垂直坐标系中，以图形的方式更加直观便捷的看到数组的特征。如图2所示。

3.2转子定位算法
从图2中可以发现，图中有一段波峰值明显低于其他波峰值，而这段波峰所处的位置恰好是转子所在的位置。当转子是圆球形时，取此段波峰中间位置所在的刻度。事实上，无论转子的形状如何，只要确定此段波峰值的位置就可以在坐标轴上定位出转子的位置。以下给出在数组peak中求平均值的部分程序代码

这样，根据波峰平均值就可以定位转子的高度位置了。方法是：以所求的平均值为基准，当有连续一定长度的波峰值低于次平均值时，则认为已经检测到转子的位置。当转子为锥形时，取其第一个值既是转子上端面的切线值。当转子为圆球形时，取此段波峰中间的位置（即球型转子的最大截面处）。然后同样用横向累加的方法取出刻度值的位置放在同一坐标系中。
相关程序段如下：

4实验
4.1实验结果
为了验证由Matlab处理、识别的流量读数与实际读数是否一致，笔者进行了测试。测试的玻璃转子流量计型号为LZB-4型，转子形状为球型。流量范围为0.0016m2/h~0.016m2/h，测试介质为纯净水。每一小格间距约7mm，每一小格代表流量0.0008m3/h。测试过程中流量计中无明显气泡，测试条件为实验室自然采光。测试结果如表1所示。

从以上实验数据可以看出，采用图像处理技术基本可以到达测量精度要求。分辨率可达到最小刻度值的1/10，与人眼观察读数相比较的最大偏差为最小刻度值的1/4。
4.2误差分析
被拍摄对象不在与相机同一水平位置时，即会造成“俯仰角误差”。消除俯仰角误差的方法是可以事先测出最大俯仰角度，然后在结果中加以修正。或者通过大量的图片处理，从测量值和实际值进行多次对比（标定），在对比（标定）的过程中取得修正值，最后在结果中对测量结果进行修正。
转子流量计安装倾斜也会造成测量误差，即“倾斜误差”。一般而言，安装流量计时，安装倾斜度小于3°，可以不考虑倾斜误差。
最后，由于图像采集时未能达到理想的条件或实验方法不完善而带来的误差，比如相机像素和分辨率过低，采光、照明系统不完善等都会引起噪声干扰，而产生“噪声误差”。

5结论
工业相机和计算机软件，在实验室自然光线下可以识别玻璃转子流量计的转子的流量读
数。当转子为园球形时，取二值化图像中得到的一段波峰的中间位置，即为球的最大截面处。图像处理方法对转子高度识别分辨率可以达到转子流量计最小刻度值的1/10。与人眼观察读
数相比较的最大偏差为最小刻度值的1/4。对于较大管径的流量计而言，需要作“俯仰角”
误差修正。该方法适合于介质为气体或纯净水（无明显气泡），微小口径玻璃转子流量计的
自动流量测量应用场合。
参考文献
[1]邱国雄.耐腐远传玻璃转子流量计.专利申请号：CN02261774.4，2003.
[2]杨晓敏.GDL型光电远传玻璃转子流量计[J].化工自动化及仪表，No.6，1984.
[3]Yoichi Takagi，Akio Tsujikawa，Masao Takato et al.Development of a noncontact liquid level measuring system using image processing[J].Water Science and Technology，1998，37（12），pp：381-387.
[4]孙兆林.MATLAB6.X图像处理（2002年版）[M].北京：清华大学出版社，2002.