摘要：针对目前光学经纬仪计量检定中依赖人眼读数的不足，提出了一种基于

MATLAB 图

像识别和处理技术的智能读数方法，并用实例验证了其可靠性。该方法减轻了检定人员的劳
动强度，弥补了人在视觉方面的不足，提高了计量检定的效率及准确率。
　　关键词：光学经纬仪；

MATLAB；字符识别

　　中图分类号：

TP18 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2012)29-7095-02

　　经纬仪是用于测量水平角和竖直角的精密仪器，在天文、大地、工程测量中有着广泛的
应用

[1]。光学经纬仪由于具有测量精度高，抗干扰能力强，长期稳定性好等优点，仍占有

大量市场

[2]。

《

JJG 414-2003 光学经纬仪检定规程》规定

“经纬仪的检定周期根据使用情况而

定，一般不超过

1 年

” [3]，这对计量检定人员来说工作量不小。目前，光学经纬仪的检定仍

采用人工瞄准方法，不仅操作不便，效率低下，而且增加了检定人员读数时的主观误差，
这种误差是随机性的，很难估计也很难消除，同时也造成检定人员眼睛疲劳，视力下降等
不良影响，一定程度上影响了计量检定的准确性，计量的保障效率和保障质量难以保证。本
文主要对

T3 光学经纬仪的智能读数进行相关研究，所采用的方法为基于 MATLAB 的图像

处理和图像识别技术。
　　

1 智能读数系统

　　

1.1 总体设计

　　由于

matlab 涉及的图像处理函数多针对二值图像，因此在图像增强后还需要将图像二

值化。与灰度图像相同，二值图像只需一个数据矩阵，每个像素只有

0 或 1，0 代表黑色，1

代表白色。
　　光学经纬仪照准高低不同的目标，读数窗会有相应的倾斜。因此还需要对图像进行倾斜
校正处理，通过

radon 变换计算指定方向上图像矩阵的投影，计算出倾斜角度值，再用

imrotate 函数实现对图像的旋转。
　　

1.3 图像裁剪

　　

T3 光学经纬仪读数窗由两部分组成，上窗口和下窗口，上窗口为度分盘，下窗口为 2

′

秒盘。图像经过预处理后，通过垂直投影和水平投影裁剪出上、下窗口。

 对于上窗口，通过

水平投影裁剪出字符区域、刻线区域及中间长指标线区域。对于下窗口，通过计算中间长指
标线区域位置，左右各取

35 个像素位置，裁剪出小区域，再在此基础上通过水平投影裁剪

出字符区域和刻线区域。图

2 为 T3 经纬仪实际拍摄图像下窗口处理的结果。

　　

1.4 字符分割与识别

　　字符分割与识别是本系统的重点和难点。光学经纬仪读数比较复杂，本系统在度分读数
方法的设计上采取读上窗口上排右侧数值，通过倒置、分割、识别后所得数值加或减

180°即

可得度值。为防止上排右侧数值出现不完整情况，如果末端数值离最有边界的距离大于字符
间距，取右侧数值，否则取左端数值。如果取左端数值，结果得到的度值为左端数值加或减
181°。
　　光学经纬仪读数窗的数字具有以下几个特点：

(1)数字是印刷体，形状比较规则；(2)数

字之间、数字与刻线之间的相互位置是固定的；

(3)视场光强不稳定；(4)图像视场中，存在

一定的干扰，在极端的情况下，预处理后的字符可能出现不连续的情况。基于以上几点，结
合实验分析，本文采用模板匹配法来识别刻线上的数字，其优点主要是具有较强的抗干扰
能力，能保证较高的识别率

[5]。模板匹配法是印刷体字符识别中最常用的一种方法。将待识

别字符区域与所有模板字符的点阵图像按公式进行相关度的计算，取相关度最大的模板字
符作为被识别结果。对大于

9°的连字识别采取两步走的方法解决。第一步，分割出相应的字

符块，如

166 为一个图像块，347 为一个图像块；第二步，对图像块进行倒置、分割等处理

实现字符识别。
　　

1.5 刻线定位读数