儀器儀表數(shù)字圖像的識別及其應(yīng)用

　　摘要：本文針對儀器儀表應(yīng)用環(huán)境的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了數(shù)字圖像識別硬件平臺，采用STC12LE5A60S2單片機(jī)驅(qū)動(dòng)圖像傳感器OV7670采集圖像，可減少由人為因素或傳感器干擾引起的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，省去采集卡，節(jié)省了成本。通過無線通信，成功地將數(shù)字圖像識別技術(shù)應(yīng)用到了檢測環(huán)境中。經(jīng)過試驗(yàn)，證明了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

　　關(guān)鍵詞：圖像采集;無線通信;STC12LE5A60S2;OV7670引言

　　目前，儀器儀表被廣泛地應(yīng)用于各行各業(yè)的測量系統(tǒng)中。但是，由于某些儀器儀表只是通過LCD、LED數(shù)碼管或者表盤來顯示數(shù)值，并沒有提供數(shù)據(jù)傳送的接口，因此很難實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集以及保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性，難以滿足對測量系統(tǒng)工作自動(dòng)化的要求[1]。現(xiàn)如今，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對測量系統(tǒng)的管理也從人工監(jiān)管方式逐步向自動(dòng)管理方式轉(zhuǎn)變[2]。為了提高系統(tǒng)的工作效率，需要對測量系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，控制中心要快速、準(zhǔn)確、自動(dòng)獲取所需數(shù)值，這是急需解決的問題。

　　為了使系統(tǒng)能夠很好地實(shí)現(xiàn)控制功能，筆者設(shè)計(jì)出基于數(shù)字圖像的儀器儀表讀數(shù)識別系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用單片機(jī)控制圖像傳感器自動(dòng)讀取儀器儀表的數(shù)字圖像，經(jīng)過圖像處理和圖像識別技術(shù)，將識別結(jié)果通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，傳送至控制中心，由控制中心對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合管理，從而真正實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和對系統(tǒng)控制的自動(dòng)化。

　　數(shù)字圖像識別系統(tǒng)

　　儀器儀表數(shù)字圖像采集系統(tǒng)主要組成部分有單片機(jī)、圖像傳感器、LCD顯示器、無線收發(fā)模塊以及數(shù)據(jù)存儲器，系統(tǒng)功能框圖如圖1所示。單片機(jī)作為系統(tǒng)的控制核心，控制圖像傳感器采集儀器儀表數(shù)字圖像，將儀器儀表圖像數(shù)據(jù)存儲在擴(kuò)展的外部數(shù)據(jù)存儲器中，利用數(shù)字圖像處理和模式識別技術(shù)讀取儀器儀表數(shù)字，通過無線收發(fā)模塊將儀器儀表數(shù)字發(fā)送到控制中心，控制中心可以直觀地顯示所采集的數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理。

　　圖像采集電路

　　本設(shè)計(jì)中，儀器儀表圖像數(shù)據(jù)采集模塊選用的圖像傳感器是美國OmniVision公司的彩色/黑白CMOS圖像傳感器OV7670，該傳感器可以通過I2C總線進(jìn)行對其內(nèi)部寄存器進(jìn)行配置，使得輸出數(shù)據(jù)速率、格式都可以得到改變，且輸出數(shù)據(jù)已經(jīng)做完分離，處理起來相對也比較容易[3～4]?；诠δ艿膶?shí)現(xiàn)和價(jià)格兩方面的考慮，本設(shè)計(jì)最終決定選取該型號圖像傳感器作為圖像數(shù)據(jù)采集的核心器件。

　　由于OV7670圖像傳感器的工作電壓為2.45V到3V，對外部工作時(shí)鐘頻率在10MHz到48MHz，因此控制芯片選用宏晶科技的單時(shí)鐘/機(jī)器周期的STC12LE5A60S2單片機(jī)。該單片機(jī)工作電壓在2.2V到3.6V，能夠和OV7670圖像傳感器理想匹配;工作頻率在0~35MHz，且內(nèi)部含有波特率發(fā)生器，最大可以產(chǎn)生12MHz的方波[5～6]，該信號可以作為OV7670圖像傳感器的外部工作時(shí)鐘，也滿足了OV7670圖像傳感器對工作時(shí)鐘頻率的要求。圖像采集硬件電路圖如圖2所示。