多組指針式壓力表判讀研究
產能是工廠生產中重要的目標，也是于同產業競爭力 中重要的指標，導入中央工廠監控可有效預防并降低產品報廢進 而提升產能。傳統生產在線有各類型儀表提供監看壓力、溫度及 濕度等訊息。穩定維持提供標準的生產環境，除了能減少產品報 廢并可確保質量與工廠安全。針對電路板電鍍生產在線需透過化 學液體對電路板進行蝕刻，于是會裝置許多流體壓力感測儀表，來 確保生產在線產品蝕刻質量。因此須定期確認壓力表的指針，判 斷是否于正常范圍內。
1.前言
傳統作法是由操作人員定時進行巡視并以紙本登錄，但是往 往當儀表數量龐大時很容易有疏失或遺漏情形發生，而導致批量 產品報廢甚至演變為重大事件。透過自動判讀來取代人工檢視可 以有效提升生產效能。因此本文擬提出方法，利用影像處理技術 來自動辨識壓力表的指針位置。以非侵人方式在不改變現場原有 裝設的前提下，運用網路攝影機(IPCamera)進行畫面擷取，經由所 提方法同時判讀多組壓力表的指針位置，藉此取代并改善人工巡 檢的缺點。
2.儀表定位
采用該儀表顯示區域特征為圓形的基礎進行定位辨識，欲建 立_ -次能辨識與紀錄多組儀表，故取樣畫面會涵蓋較大范圍的影 像。由于現場產線長達20至30米，所以需于特定范圍進行個別群 組辨識，又因在各群組中其儀表所分布的位置并非固定，所以在進 行系統化辨識前，須定能自動定位找出畫面中有幾組儀表，以利后 續進行各指針群辨識。首先為丫區分畫面中的前景與背景物，須 先將影像進行灰階化，此次采用1TU-Rim?709參數進行處理，其中 每組像素(pixel)都由三個字節所組成，分別為紅(R)、綠(G)、藍(B)三 種色彩信息，將影像的色彩信息乘上不同顏色的系數，由Rrj三維 色彩空間轉換成_ -維的灰階(Gray)色彩。然后透過由閾值(Thresh-old) 的選用，將影像進行二值化分析。 由于所處理的畫面范圍較 大，其影像光線分布不均，儀表所位處的位置可能位于角角或上方 有遮光物等，若僅用單_ -影像閾值進行二值化分析，則可能位于過 暗或亮處的儀表將會被忽略。
2.1 二值化影像
在各別閾值下所提供的二值化影像，須進行區塊化統計，可利 用BLOB(binarylargeobject)的方法對個別閾值的影像進行區塊化掃 描。其處理方式為針對二值化后的影像進行掃描，在處理前可定 義單_ -區塊最小或最大的長與寬，然后針對符合該過慮條件的影 像區塊進行標注位置與記錄長寬。當閾值180后二值化影像，目標 區塊為白色區域，定義最小寬與高度為50pixel區塊過濾后的影像。
當區分出可能為儀表的影像區塊后，由于此次目標儀表特征 為圓形外框，于是針對所取出的區塊進行圓形特征辨識，進行圓形 辨識，其方法主要是以所有圓形的邊緣點應與圓心具有相同的距 離。在影像區塊中邊界可能會有些干擾或變形，導致_ -些邊緣的 像素會距離圓心更近或遠，在定義_ -可容許范圍下，如果該區塊超 出過多就有可能是圓形以外的形狀，而反的則為圓形。在二值化 后通過影像區塊重心上的五組直線L1~L5交集于儀表邊緣A~E 點，其中A~D點所標示均為正確圓的邊緣，而E點則為干擾的錯誤 交集，當符合上述辨識條件，其類似E點的邊緣數仍于允許范圍下 則判定該區塊仍為圓形，將其圓心坐標及半徑進行記錄。
2.2定位的影響
由于辨識壓力表上采用圓形的半徑相等方式來進行辨識，所 以當與表面視角傾斜至_ -定程度后則會影響定位，當處于不能變 更現場壓力表表面角度下，則視角需于有限夾角內才可有效定 位。透過實驗證明當大于15°后，系統將無法有效辨識出壓力表位 置。本系統的鏡頭若為于壓力表群中央，其左右視角最廣為 150°。但現場環境若允許，則可將壓力表的表面進行調整至許范圍 內，以取得較準確的壓力表定位。后續將會以指針角度進行辨識， 所以針對圓心位置需有相當程度的要求，目前所針對的指針型儀 表若角度上有所傾斜或陰影將會在不同的閾值有所不同的圓心結 果，尤其在于靠近拍攝時更為明顯。如儀表近拍圖，綠色圈為不同 閾值所偵測到同_ -區塊的圓形，其中心處的綠色標點即為圓心，透 過如上所得到的坐標信息群，將其圓心信息進行_ -次修正，分別將 其X與Y軸坐標進行分類統計，取其重心所在重新定義其圓心位置 則可得到校正后圓心位置的紅點。
2.3修正
當近距離辨識儀表時，經過_ -次修正后仍有可能因隨機閾值 關系，其所載人的圓心位置仍有偏差而導致后續角度辨識錯誤。 本論文提出的辨識角度的方式均以圓心為出發點，所以圓心位置 正確性十分重要，需再進行二次修正。何者須修正的判斷方式，以 指針位置的特征若為圓心，其影像二值化后應為1，若經過_ -次圓 心修正后仍為0者，則代表可能圓心仍有誤需再進行二次修正。由 于近距離拍攝下淸晰可見指針固定處中心區域特征為圓形，以外 框所辨識區塊的半徑進行縮小1/3范圍，再次進行小區域的Otsu二 值化與區域圓形偵測，若有取得圓形區塊再取其圓心進行修正，修 正后的圓心，其位置亦更接近人工目視的中心位置。
3.指針角度辨識
當取得儀表的位置后，由于有效的縮小影像辨識范圍，故針對 該偵測區域進行后續指針辨識即可。針對所定義出的個別圓形區 塊進行分割出前景與背景取出指針位置，將該區塊進行對比調整， 透過建立_ -組閾值將灰階化后的影像二值化，其中0為背景，1為指 針。而取得閾值方法又分為手動與自動，自動化閾值圖像分析中 以Otsu法最為被廣泛使用，Otsu法也稱為最大類間方差法或最小 內方差法，該方法基于影像的灰度直方圖，以目標和背景的類間方 差最大或類內方差最小為閾值選取準則，在很多情況下都能取得 良好的分割效果。針對表面區域使用Otsu進行二值化后則可取得 影像畫面。
指針位置與角度判別是以掃描方式處理，建立由圓心連至圓 邊緣的直線，順時針旋轉360度進行掃描。由于此儀表中僅有_ -組 指針，所以可忽略掉不可能出現指針的角度，限定角度于特定范圍 進行偵測以減少時間。掃描過程中于二值化影像中與該角度直線 范圍中像素交集的像素進行統計數量，由重迭像素最多者的掃描 線即為指針。
確認指針同時也計算出該指針的角度，由于所得到的數據為 角度信息，則須與儀表做相對應的數值輸出。由于為丫辨識大量 儀表，其須距離儀表較遠處，以容納下大量的儀表群影像，若非近 距離拍攝則所擷取的影像辨識僅能辨識出指針角度數值。其中需 特別注意壓力表的刻度與數值標示并非等距離切割，其最小單位 格共58格，而數值顯示則分布于0至60PSI，其中于10PSI下的切割 格數僅8格，其余數值標示10至60區間為10格。此次所辨識的壓 力表為華記科技有限公司所制造的雙面充油式PP隔膜壓力計Gi- AC，其在表背面刻度上有反向的刻度呈現，所以于現場進行安裝 時，必須于程序預先設定該群壓力表的表面方向。
4.總結
由于視覺辨識目的為呈現與人工實際相同讀表數值，但目前 所取得的數值僅為角度，故需于程序進行換算。首先定義其測得 角度為X，角度則依據其坐標位置進行轉換后則可得到與儀表相對 應的位置，根據角度與壓力比例關系進行等比推算。
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