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基于Linux嵌入式系统的流量仪表校验装置图像采集与处理系统的研究

鲁永孙，林春川，陈凯

杭州电子科技大学机械工程学院，杭州，310018

sunly@hdu.edu.cn

关键词：嵌入式技术; 图像处理; Linux的; 字符识别

摘要：针对流量计验证设备技术改进的要求，将图像采集处理技术与嵌入式Linux系统相结合，获取验证流量计的读数值。设计了一个低成本，功能适中的图像采集处理嵌入式系统。系统运行在嵌入了Linux操作系统的ARM9上。基于OpenCV高级编程实现对仪表读数值的图像采集，图像预处理，字符定位，分割和识别，然后显示识别出的数据结果。本文的研究对于基于嵌入式系统的图像采集与处理在仪器应用中的应用和探索具有一定的参考价值。

介绍

随着计算机科学、微电子技术和图像处理技术的发展，嵌入式图像采集与处理的研究与应用将越来越多，已渗透到工业，航空航天，交通等领域，并将在工程控制领域发挥更加重要的作用[1]。目前，流量计验证设备实际应用中获取验证流量计读数值的方式大多采用光电采样器，但仍存在一些问题，如外部光干扰变化时出现信号误差等问题。 针对技术改进的需要，本研究尝试将嵌入式Linux技术与图像采集与处理技术相结合，实现对仪表的读取价值。 设计了一种基于嵌入式Linux系统的图像采集处理系统。

图像采集与处理系统方案

系统的功能要求

根据系统工作性能要求的分析，嵌入式图像采集处理系统的设计应具有以下功能：

（1）具有高可靠性和高性能，具有连续工作能力，能够适应工厂的生产环境。

（2）可以实现流量计检定设备流量计值的实时图像采集。

（3）它以BMP位图文件格式存储图像，用于图像处理和显示的后期部分。

（4）可实现流量计检定设备的计量值的图像处理和识别，最终显示结果。

系统总体设计

嵌入式图像采集处理系统主要由三部分组成，如图1所示。

第一部分主要完成流量计检定设备流量计值的图像采集，以便对图像进行存储，图像处理和识别。

第二部分旨在实现图像采集过程的反馈控制，包括上次采集终止过程和下一次采集过程。

最后一部分设计为在字符识别后显示结果。

图1嵌入式图像采集处理系统总体设计框图

系统的硬件和软件规划和选择

嵌入式处理器是嵌入式图像采集和处理系统[2]中最重要的部分。 目前嵌入式处理器市场上已有30多个系列，不同的处理器有其明显的优势和功能.ARM9系列微处理器主要用于图像设备，仪表，支持嵌入式Linux系统，适合流量计验证设备的应用环境和实际需求。 在高性能和低功耗特性手中也是最佳选择。 嵌入式操作系统使用红帽企业Linux 5.RHEL 5支持各种平台上的虚拟化技术或虚拟化系统。 它集成了许多开发工具，例如GCC4.1和glibc2.5工具链。 此外，它支持基于Linux2.6.18内核的各种硬件，并具有更高的互操作性。 同时也满足了流量计检定设备嵌入式图像采集处理系统的具体要求，为实现提供了良好的条件。

嵌入式Linux系统的硬件设计

本文基于系统结构的总体设计，详细设计硬件。硬件设计包括A / D转换，存储，图像输入/输出方式，通信接口，显示接口和控制接口设计等，如图2所示。ARM9系列微处理器的每个硬件平台都是通用的，固定的和成熟的，在项目设计中引入错误的机会。虽然嵌入式操作系统屏蔽了底层硬件的大量信息，但开发人员可以通过API函数做很多工作，以简化设计并提高系统的稳定性。

为了缩短开发周期，设计同时进行硬件和软件的集成开发和设计。这是嵌入式系统最显着的特点发展模式。嵌入式图像采集与处理系统的工作主要集中在应用程序的设计上，并结合现代软件工程中常用的面向对象技术，软件构件技术，模块化设计等先进方法。

图2系统硬件结构框图

嵌入式Linux系统的软件设计与编程

基于OpenCV的高级编程

该系统的软件设计采用了基于OpenCV的高级编程方法。 OpenCV是由英特尔公司资助的计算机的开源视觉数据库。它由一系列C函数和少量C 组成，包括300多个C / C 高级API函数平台，而不依赖于其他外部库[3]。 基于OpenCV的程序开发过程可分为以下四个步骤。

将最新版本的OpenCV下载到Linux嵌入式系统，然后查询系统中的OpenCV软件包。

在嵌入式Linux系统下安装并配置OpenCV软件包，然后在Linux终端命令提示符下输入apt-get install libcv0.9.7-0libcvaux0.9.7-0libhighgui0.9.7-0lib的安装代码，最后测试安装是否成功。

根据系统的实际需求功能，编制了一系列基于OpenCV的摄像头读取图像，图像预处理，字符分割和识别的图像处理程序。

启动vi编辑器并输入程序，然后通过gcc编译器编译并运行程序或进行项目管理。

图像采集与处理的设计。基于嵌入式Linux系统的流量计验证设备的图像采集和处理过程如此复杂和困难，以至于软件平台的设计主要分为以下几个步骤。

（1）图像采集：嵌入式图像采集处理系统的第一项工作是流量计检定设备仪表值的图像采集，这是后续字符分割和识别的前提。该系统与外围摄像头连接，通过捕获包含流量计读数值信息的图像帧进行处理。一些程序代码如下。

CvCapture *capture=cvCaptureFromCAM(-1);

IplImage *image;

while(capture)

{

image=cvQueryFrame(capture);

}

流量计验证设备采集的读数值图像如图3所示。

图3仪表读数图像图4灰色预处理图像

图4处理后的灰色图像

（2）图像预处理。由相机采集到的24位彩色图像含有大量颜色信息，不仅占用大量内存，而且大大降低了处理速度，因此通过灰度图像提高了速度。一些相关的代码如下。

gray=cvCreateImage(cvGetSize(m_image),8,1);

cvCvtColor(m_image,gray,CV_BGR2GRAY);

图4显示了流量计验证设备的计量值的灰色图像。

为了加快处理速度，分离流量计验证设备的流量计值的字符和图像背景，灰度值小于阈值的像素直接设置为0，另一个设置为255，以便仅整个图像黑色和白色的两个值。代码如下。

cvThreshold(gray,gray,0,255,CV_THRESH_OTSU);

图5显示了流量计验证设备的计量值的图像二进制。

（3）角色位置。字符位置根据预处理图像确定仪表值的精确位置，这对于嵌入式图像采集和处理系统是必不可少的，并为随后的识别提供了强大的安全性。目前，图像数据的定位方法有很多，如水平投影与垂直投影相结合的方法[4]定位字符。

流量计验证设备的流量计值的字符位置如图6所示。

图5处理后的图像二进制 图6字符位置

（4）字符分割和识别。字符分割和识别是通过分类器提取每个字符进行自动字符识别的过程。系统采用基于判别函数的分类器，其分类原则为统计分类。统计分类是指设计通过训练样本的概率分布来区分函数，然后用它进行分类。流量计验证设备的流量计值的样本字符识别是“2728.667”，这是用于说明的一个例子。

结论

本文研究设计了一种基于嵌入式Linux技术的流量计验证设备图像采集处理系统。它具有获取仪表读值图像的功能，用于嵌入式Linux系统中的图像预处理，字符定位，分割和识别，然后获取所需的仪表读数值数字数据，用于计算测量误差验证流量计并显示流量计验证设备所需的数据。与传统的PC图像采集处理系统相比，该系统成本更低，缩短开发周期，降低能耗。同时，嵌入式Linux操作系统可以自由切割，大大增强功能转换。

参考文献

[1] Helmut Herold. Linux-Unix-System Programming. Addison-Wesley, 2003.

[2] Daugman J. Recognizing People by Their Iris Pattern[J]. Information Security Technical Report, 1998,3(1):33-39.

[3] Bradski amp; Kaehler. Learning OpenCV. Beijing: Tsinghua University Press, 2009.10.

[4] Robert Love. Linux Kernel Development. Sams, 2005.

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