一種指針式儀表讀數(shù)識別方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種指針式儀表讀數(shù)識別方法及裝置，本發(fā)明的識別方法首先對儀表位置進行定位，然后識別刻度環(huán)，接著識別中壓區(qū)域，最后對刻度環(huán)和中央?yún)^(qū)域之間的部分二值化，以尋找指針方向。本發(fā)明的方法首先非常適合于如圖4類型的表盤；其次，雖然待檢測表盤比【背景技術】中介紹的表盤保護的信息更為復雜，但由于，直接將中壓區(qū)域濾除，只對刻度環(huán)和中央?yún)^(qū)域之間進行二值化處理，大大降低了處理的數(shù)據(jù)量，提高了識別速度。
【專利說明】一種指針式儀表讀數(shù)識別方法及裝置

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種指針式儀表讀數(shù)識別方法。

【背景技術】
[0002] 指針式儀表在各種工礦產業(yè)應用廣泛，能夠實時指示運行狀態(tài)。在傳統(tǒng)工作中，可 以由工作人員進行讀數(shù)抄表。但在某些領域，由于儀表安裝位置處于不適于人工讀數(shù)的環(huán) 境中，難以進行讀數(shù)抄表工作。
[0003] 例如在電力系統(tǒng)中，通常由檢查員人工巡檢電表狀態(tài)，但由于電力設備往往處于 強電環(huán)境中，人工巡檢需要承擔極大的風險，并且費時費力。所以，可以采用機器人拍照并 自動進行識別，從而保證人身安全。
[0004] 如申請?zhí)枮?00810115840. 7的中國專利文件披露了一種指針式儀表讀數(shù)自動識 別的方法及系統(tǒng)。能夠對指針式儀表讀數(shù)進行自動識別。這種方法適合于如其附圖所示的 表盤，這種表盤僅由刻度環(huán)和指針構成。方法流程如圖1所示。
[0005] 工業(yè)環(huán)境中使用的表盤并非完全相同，如圖4所述的表盤，除了外圍的刻度環(huán)和 指針，還包括中心的用于裝飾或者觀察的窗體，使得待識別圖像更為復雜，不適于使用以上 專利的方法。


【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種指針式儀表讀數(shù)識別方法，用以解決現(xiàn)有識別方法不適 于如圖4類型表盤的問題。
[0007] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括：
[0008] -種指針式儀表讀數(shù)識別方法，包括步驟如下：
[0009] 1)在圖片中定位表盤圖像的位置；
[0010] 2)在表盤圖像中，識別刻度環(huán)；
[0011] 3)在表盤圖像中，剔除中央?yún)^(qū)域，對中央?yún)^(qū)域和刻度環(huán)之間的部分二值化處理；
[0012] 4)在二值化圖像中確定指針方向；
[0013] 5)根據(jù)指針方向確定儀表讀數(shù)。
[0014] 對于有顏色區(qū)分的刻度環(huán)，通過檢測顏色提取刻度環(huán)區(qū)域，然后擬合為圓形或橢 圓形的刻度曲線。
[0015] 在所述擬合之后，根據(jù)儀表設計標準中刻度環(huán)與中央?yún)^(qū)域的比例，確定中央?yún)^(qū)域 尺寸。
[0016] 遍歷所述刻度曲線的徑向方向的灰度值，灰度值最大的徑向確定為指針方向。
[0017] 通過DPM對表盤圖像進行定位。
[0018] 一種指針式儀表讀數(shù)識別裝置，包括模塊如下：
[0019] 1)在圖片中定位表盤圖像的位置；
[0020] 2)在表盤圖像中，識別刻度環(huán)；
[0021] 3)在表盤圖像中，剔除中央?yún)^(qū)域，對中央?yún)^(qū)域和刻度環(huán)之間的部分二值化處理；
[0022] 4)在二值化圖像中確定指針方向；
[0023] 5)根據(jù)指針方向確定儀表讀數(shù)。
[0024] 對于有顏色區(qū)分的刻度環(huán)，通過檢測顏色提取刻度環(huán)區(qū)域，然后擬合為圓形或橢 圓形的刻度曲線。
[0025] 在所述擬合之后，根據(jù)儀表設計標準中刻度環(huán)與中央?yún)^(qū)域的比例，確定中央?yún)^(qū)域 尺寸。
[0026] 遍歷所述刻度曲線的徑向方向的灰度值，灰度值最大的徑向確定為指針方向。
[0027] 通過DPM對表盤圖像進行定位。
[0028] 本發(fā)明的識別方法，首先對儀表位置進行定位，然后識別刻度環(huán)，接著識別中壓區(qū) 域，最后對刻度環(huán)和中央?yún)^(qū)域之間的部分二值化，以尋找指針方向。本發(fā)明的方法首先非常 適合于如圖4類型的表盤；其次，雖然待檢測表盤比【背景技術】中介紹的表盤保護的信息更 為復雜，但由于，直接將中壓區(qū)域濾除，只對刻度環(huán)和中央?yún)^(qū)域之間進行二值化處理，大大 降低了處理的數(shù)據(jù)量，提高了識別速度。
[0029] 進一步的，本發(fā)明在識別指針方向時，與【背景技術】指出的對比文件不同，是在二值 化圖像中遍歷各個角度（即刻度環(huán)徑向）來尋找指針并確定指針方向的。這種方式更加快 速、便捷。
[0030] 進一步的，通過顏色特征確定刻度環(huán)，適用于刻度環(huán)有顏色的儀表，能夠大大簡化 識別過程。
[0031] 進一步的，本發(fā)明采用變形部件模型（Deformable Part Model,簡稱DPM)對表盤 進行定位，該定位方式對圖像形變、光照變化不敏感，對部分反光也有很強的適應能力，是 一種能夠適用于變電站機器人巡檢的指針識別方案。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032] 圖1是開關狀態(tài)檢測流程；
[0033] 圖2是實施例的表盤圖像定位流程示意圖；
[0034] 圖3是實施例的指針狀態(tài)識別流程圖；
[0035] 圖4是本發(fā)明的相關表盤圖像。

【具體實施方式】
[0036] 下面結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0037] -種指針式儀表讀數(shù)識別方法，包括步驟如下：1)在圖片中定位表盤圖像的位置； 2)在表盤圖像中，識別刻度環(huán)；3)在表盤圖像中，剔除中央?yún)^(qū)域，對中央?yún)^(qū)域和刻度環(huán)之間 的部分二值化處理；4)在二值化圖像中確定指針方向；5)根據(jù)指針方向確定儀表讀數(shù)。
[0038] 具體來說：
[0039] -，本發(fā)明米用變形部件模型（Deformable Part Model,簡稱DPM)對表盤進行定 位，該定位方式對圖像形變、光照變化不敏感，對部分反光也有很強的適應能力，是一種能 夠適用于變電站機器人巡檢的指針識別方案。
[0040] 用DPM對表盤進行定位，流程圖如圖2所示：
[0041] 離線訓練：首先，在大量樣本中對表盤進行標注；然后，利用隱藏支持向量機(簡 稱Latent-SVM)對表盤圖像的方向梯度直方圖（Histogram of Oriented Gradient,簡稱 HOG)特征進行離線訓練，得到表盤模型。由于表盤圖像為一個統(tǒng)一整體，因此本實施例采用 一個部件。
[0042] 在線識別：用訓練模型對待檢圖像進行在線識別，尋找最佳匹配位置，即為表盤位 置。
[0043] 關于DPM方法、隱藏支持向量機、方向梯度直方圖等等，均屬于機器學習領域的經(jīng) 典算法和技術，相關內容在此不再詳細敘述。
[0044] 二，如圖4所示，拍照的圖像為RGB3色圖像，圖像中，刻度環(huán)從-0. 1到0. 5為紅色， 0. 5到0. 6之間有一部分為黃色，其余部分為綠色。
[0045] 在坐標（X，y)處的值為（Bx y, Gx y, Rx y)。Bx y, Gx y, Rx y分別表示該點的蘭色、綠色、 紅色分量。圖像中紅色區(qū)域，有1?">>8"且1?">>6!"。在實際應用中我們用下式來 檢測圖像中紅色區(qū)域： _] Rx，y>Bx，y+T
[0047] Rx，y>Gx，y+T
[0048] 同理，圖像中的綠色區(qū)域，有Rx，y<<B x，y且Rx，y<<Gx， y。在實際應用中我們用下 式來檢測圖像中綠色區(qū)域：
[0049] Rx，y<Bx，y+T
[0050] Rx，y<Gx，y+T
[0051] T 一般取10?40,根據(jù)實際情況而定。
[0052] 對提取出來的線條進行細化，然后擬合橢圓，作為外橢圓。本實施例中，外橢圓是 指擬合的刻度曲線。作為其他實施方式，如其他類型儀表，也可以根據(jù)情況擬合為圓形。另 夕卜，本實施例中，刻度環(huán)是有顏色的，所以可以應用顏色提取的方法方便的識別刻度環(huán)；作 為其他實施方式，如對于單色調的刻度環(huán)、僅有刻度線的刻度環(huán)，可以采用相應的現(xiàn)有技術 的方式來識別刻度環(huán)。
[0053] 對提取出來的紅綠區(qū)域，進行圖像細化。所謂的細化就是經(jīng)過一層層的剝離，從原 來的圖中去掉一些點，但仍要保持原來的形狀，直到得到圖像的骨架。骨架，可以理解為圖 象的中軸。細化后用最小二乘法擬合橢圓，擬合出來的橢圓為指針的最外側邊緣。
[0054] 三，根據(jù)比例，求出來表盤中心黑色區(qū)域的橢圓，作為內橢圓。
[0055] 由于表盤制作標準一致，因此表盤中心黑色區(qū)域的直徑和顏色刻度所形成的的圓 的直徑比例是一致的。當角度變化時，兩者變?yōu)闄E圓，但對應長短軸比例保持不變。根據(jù)這 個比例以及以上步驟擬合的外橢圓，求出來表盤中心黑色區(qū)域的橢圓，作為內橢圓。表針就 出現(xiàn)在內橢圓和外橢圓之間。
[0056] 然后在內外橢圓之間進行自適應二值化。
[0057] 對內外橢圓中間的每個點Ρ，首先以其為中心，在一個指定大小的矩形鄰域R內求 出平均值，如下式所示：
[0058]

【權利要求】
1. 一種指針式儀表讀數(shù)識別方法，其特征在于，包括步驟如下： 1) 在圖片中定位表盤圖像的位置； 2) 在表盤圖像中，識別刻度環(huán)； 3) 在表盤圖像中，剔除中央?yún)^(qū)域，對中央?yún)^(qū)域和刻度環(huán)之間的部分二值化處理； 4) 在_值化圖像中確定指針方向； 5) 根據(jù)指針方向確定儀表讀數(shù)。
2. 根據(jù)權利要求1所述的一種指針式儀表讀數(shù)識別方法，其特征在于，對于有顏色區(qū) 分的刻度環(huán)，通過檢測顏色提取刻度環(huán)區(qū)域，然后擬合為圓形或橢圓形的刻度曲線。
3. 根據(jù)權利要求2所述的一種指針式儀表讀數(shù)識別方法，其特征在于，在所述擬合之 后，根據(jù)儀表設計標準中刻度環(huán)與中央?yún)^(qū)域的比例，確定中央?yún)^(qū)域尺寸。
4. 根據(jù)權利要求2所述的一種指針式儀表讀數(shù)識別方法，其特征在于，遍歷所述刻度 曲線的徑向方向的灰度值，灰度值最大的徑向確定為指針方向。
5. 根據(jù)權利要求1或2或3或4所述的一種指針式儀表讀數(shù)識別方法，其特征在于，通 過DPM對表盤圖像進行定位。
6. -種指針式儀表讀數(shù)識別裝置，其特征在于，包括模塊如下： 1) 在圖片中定位表盤圖像的位置； 2) 在表盤圖像中，識別刻度環(huán)； 3) 在表盤圖像中，剔除中央?yún)^(qū)域，對中央?yún)^(qū)域和刻度環(huán)之間的部分二值化處理； 4) 在_值化圖像中確定指針方向； 5) 根據(jù)指針方向確定儀表讀數(shù)。
7. 根據(jù)權利要求6所述的一種指針式儀表讀數(shù)識別裝置，其特征在于，對于有顏色區(qū) 分的刻度環(huán)，通過檢測顏色提取刻度環(huán)區(qū)域，然后擬合為圓形或橢圓形的刻度曲線。
8. 根據(jù)權利要求7所述的一種指針式儀表讀數(shù)識別裝置，其特征在于，在所述擬合之 后，根據(jù)儀表設計標準中刻度環(huán)與中央?yún)^(qū)域的比例，確定中央?yún)^(qū)域尺寸。
9. 根據(jù)權利要求7所述的一種指針式儀表讀數(shù)識別裝置，其特征在于，遍歷所述刻度 曲線的徑向方向的灰度值，灰度值最大的徑向確定為指針方向。
10. 根據(jù)權利要求6或7或8或9所述的一種指針式儀表讀數(shù)識別裝置，其特征在于， 通過DPM對表盤圖像進行定位。
【文檔編號】G06K9/54GK104298994SQ201410074686
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年2月28日 優(yōu)先權日:2014年2月28日
【發(fā)明者】張晨民, 趙慧琴, 彭天強 申請人:鄭州金惠計算機系統(tǒng)工程有限公司