一種儀表指針自動識別的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于計算機圖像處理技術領域，特別涉及一種儀表指針自動識別的方法。
【背景技術】
[0002]指針式儀表作為一種傳統(tǒng)的計量儀器，在電力、化工等行業(yè)中有大量的應用。雖然在某些情況下，有相應的電子式儀表存在，但由于費用、可靠性和施工等方面因素，電子式儀表仍很少有替代傳統(tǒng)指針式儀表的。指針式儀表的抄錄需要人工完成，讀數(shù)準確性受觀察者主觀影響，且受觀察角度、觀察距離、光亮等外界因素影響。最重要的是，儀表讀數(shù)需在現(xiàn)場完成，而儀表往往分布在不同位置。儀表的測量數(shù)據(jù)也需要人工手動記錄，因此讀表、抄表和記錄均給工作者帶來了很大的工作量。

【發(fā)明內容】

[0003]針對指針式儀表的現(xiàn)有問題，本發(fā)明提出了一種儀表指針自動識別的方法，在獲取儀表盤圖像后進行圖像識別，來找到指針的旋轉軸心和指針方向，從而得到儀表的讀數(shù)。通過這種自動讀表的方式，可在原有的指針式儀表基礎上，增加自動讀數(shù)的功能。這樣，在保證數(shù)據(jù)測量原有的可靠性基礎之上，減少了人員的工作量，達到定時、快速地抄錄所有儀表讀數(shù)的效果，大大提高工作效率。
[0004]為了達到上述目的，本發(fā)明的技術解決方案如下:
一種儀表指針自動識別的方法，具體步驟如下:
步驟1:采集儀表盤圖像；
步驟2:對所述儀表盤圖像進行二值化處理；
步驟3:在所述儀表盤的預設區(qū)域內選擇一點，以此為中心查找指針；
步驟4:找到最為合適的圓心位置和對應指針位置；
步驟5:根據(jù)所述對應指針角度得到指針讀數(shù)。
[0005]進一步的，所述步驟2中對所述儀表盤圖像進行二值化處理的具體包括如下步驟:
1)根據(jù)已知的表盤外觀，預先確定一個指針位置區(qū)域，并確定該區(qū)域的最優(yōu)二值化閥值；
2)以所述二值化閥值為目標，將所得圖片進行二維化，設定指針的顏色為白色，而背景顏色為黑色。
[0006]進一步的，所述步驟3中在所述儀表盤的預設區(qū)域內選擇一點，以此為中心查找指針的具體包括如下步驟:
1)預先設定圖像中心的一塊區(qū)域，該區(qū)域是指針旋轉軸最有可能在的區(qū)域，區(qū)域可以是任何形狀的平面或線條；
2)選擇所述區(qū)域中的第1個點，并以此為中心畫出一個扇形:扇形的內徑是指針可見位置的最內側到旋轉軸的距離；扇形的外徑是指針可見位置的最外側到旋轉軸的距離；扇形的啟始角為指針的啟始角度；扇形的終止角為指針的終止角度；再將該扇形等分成數(shù)個夾角很小的扇形。由于小扇形的夾角很小，可將每個扇形近似的看作一條直線；
3)計算出每一塊小扇形中的白色像素數(shù)量與該扇形所有像素數(shù)量的比值，找比值最高的那塊小扇形，及其小扇形的對應角度:對應角度=(小扇形啟始角+小扇形終止角)/2 ;
4)選擇圖像中心區(qū)域的第2個點作為扇形中心，重復步驟2-3，依此類推，將圖像中心區(qū)域的所有點都作為扇形中心進行掃描。
[0007]進一步的，所述步驟4中找到最為合適的圓心位置和對應指針位置的具體方法為:從所述步驟3中獲取的所有的(中心，角度)的組合中，找到白色像素數(shù)量占該小扇形所有像素總數(shù)比例最高的組合，確認為指針的旋轉軸和指針角度。
[0008]進一步的，所述步驟5中根據(jù)所述對應指針角度得到指針讀數(shù)的具體方法為:根據(jù)儀表外觀的指針角度和讀數(shù)對應關系，將識別的指針角度轉換為儀表讀數(shù)。
[0009]比較現(xiàn)有的儀表識別技術，《基于視覺的數(shù)字儀表識別系統(tǒng)及其識別方法》(申請?zhí)?01410216754.0)，該發(fā)明是基于七段數(shù)碼管的圖像識別，并不能識別指針式儀表。
[0010]比較《一種魯棒的指針式儀表讀數(shù)自動識別方法》(申請?zhí)?01510066208.8)，是一種可以識別指針式儀表的發(fā)明。該發(fā)明首先通過Hough變化找到表盤及其圓心(權利要求2)，并再通過一個Hough變化找到經(jīng)過表盤刻度的直線(權利要求4)，最后需要對表盤內的數(shù)字進行識別(權利要求8)，并根據(jù)這些信息計算出指針所指的刻度。和該方法類似的有《指針式儀表智能識別方法及其裝置》(申請?zhí)?01310542287.6)、《基于圖像采集的SF6密度表計指針識別設備》(申請?zhí)?01410575673.X)也是在對圖像進行降維、降噪等預處理后，通過Hough變化直線檢測法找到指針。與這類發(fā)明相比，本發(fā)明沒有使用Hough變化直線檢測，減少運算量，且由于限定了圓心位置和指針長度和量程夾角等因素，可以獲得比Hough變化直線檢測更為魯棒的識別效果，可靠性更強。
[0011]《一種儀表指針識別的檢測算法》(申請?zhí)?01310752723.2)沒有采用Hough變化直線檢測法來尋找指針，而是通過尋找黑色像素最多的、以儀表圓心為中心的扇形。然而，該發(fā)明必須要求提前給出具體的圓心位置。一旦設定的圓心位置和實際拍攝的有稍微的不同，其成功率也會大大下降。相比之下，本發(fā)明在一定區(qū)域內進行掃描，找出最有可能是圓心的位置，及該圓心位置下指針最有可能指向的角度。在圖像有一定的無旋轉偏移的情況下，依然可以準確的找到指針方向，從而得出儀表讀數(shù)。因此，魯棒性更高。
[0012]本發(fā)明提出一種魯棒性高、可靠性強、計算量小的指針式儀表識別方法，在儀表有較小位移的情況下，依然可以保持識別的準確性。
[0013]以下結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行進一步解釋說明。
【附圖說明】
[0014]圖1是采集的儀表彩色圖像，及預先設置的指針范圍、圓心區(qū)域。
[0015]圖2是二維化后的圖像。
[0016]圖3是以圓心區(qū)域的第一個點作為圓心，畫出的一個扇形區(qū)域。
[0017]圖4是找到的圓心、角度和對應的識別指針位置。
【具體實施方式】
[0018]參見圖1-圖3，本發(fā)明的儀表指針自動識別的方法【具體實施方式】如下:
步驟1:設置已知儀表盤的指針范圍、圓心區(qū)域和指針區(qū)的黑白比例預設值。本示例中，黑白比例預設值為92%黑:8%白。預設的指針起始角度為135°，終止角度45°，扇形內徑為65像素，外徑100像素；
步驟2:獲取儀表盤的彩色圖像。作為示意，步驟1中預先設置的指針范圍(上面的大方框)、圓心區(qū)域(下面的小方框)也在圖1中畫出。圖像的大小為500X375;
步驟2:對圖像進行二維化，使圖片變?yōu)楹诎讏D片，且指針范圍內的黑白像素比為預設值的92:8o (如圖2)；
步驟3:以圓心區(qū)域的第一個點作為圓心，畫出一個扇形區(qū)域(見圖3)，再細分成夾角很小的數(shù)個扇形(本例中分為了 184個)；
步驟4:計算出每一個小扇形內白色像素數(shù)量，并找到白色像素最多的那個扇形，并記錄其角度；
步驟5:對圓心區(qū)域內的每一個點，以步驟3-4的方式重復。找到白色像素最多的扇形所對應的圓心角度。本示例中找到的是圓心在(205，174)，角度為135 (見圖4);
步驟6:根據(jù)找出的扇形角度為，對應的指針讀數(shù)為:(135-135)X3.0/(135-45)=0.0。
【主權項】
1.一種儀表指針自動識別的方法，其特征在于:具體步驟如下: 步驟1:采集儀表盤圖像； 步驟2:對所述儀表盤圖像進行二值化處理； 步驟3:在所述儀表盤的預設區(qū)域內選擇一點，以此為中心查找指針； 步驟4:找到最為合適的圓心位置和對應指針位置； 步驟5:根據(jù)所述對應指針角度得到指針讀數(shù)。2.根據(jù)權利要求1所述的儀表指針自動識別的方法，其特征是:所述步驟2中對所述儀表盤圖像進行二值化處理的具體包括如下步驟: 步驟1:根據(jù)已知的表盤外觀，預先確定一個指針位置區(qū)域，并確定該區(qū)域的最優(yōu)二值化閥值； 步驟2:以所述二值化閥值為目標，將所得圖片進行二維化，設定指針的顏色為白色，而背景顏色為黑色。3.根據(jù)權利要求1所述的儀表指針自動識別的方法，其特征是:所述步驟3中在所述儀表盤的預設區(qū)域內選擇一點，以此為中心查找指針的具體包括如下步驟: 步驟1:預先設定圖像中心的一塊區(qū)域，該區(qū)域是指針旋轉軸最有可能在的區(qū)域，區(qū)域可以是任何形狀的平面或線條； 步驟2:選擇所述區(qū)域中的第1個點，并以此為中心畫出一個扇形:扇形的內徑是指針可見位置的最內側到旋轉軸的距離；扇形的外徑是指針可見位置的最外側到旋轉軸的距離；扇形的啟始角為指針的啟始角度；扇形的終止角為指針的終止角度；再將該扇形等分成數(shù)個夾角很小的扇形； 步驟3:計算出每一塊小扇形中的白色像素數(shù)量與該扇形所有像素數(shù)量的比值，找比值最高的那塊小扇形，及其小扇形的對應角度:對應角度=(小扇形啟始角+小扇形終止角)/2 ； 步驟4:選擇圖像中心區(qū)域的第2個點作為扇形中心，重復步驟2-3，依此類推，將圖像中心區(qū)域的所有點都作為扇形中心進行掃描。4.根據(jù)權利要求1所述的儀表指針自動識別的方法，其特征是:所述步驟4中找到最為合適的圓心位置和對應指針位置的具體方法為:從權利要求3所述步驟中獲取的所有的(中心，角度)的組合中，找到白色像素數(shù)量占該小扇形所有像素總數(shù)比例最高的組合，確認為指針的旋轉軸和指針角度。5.根據(jù)權利要求1所述的儀表指針自動識別的方法，其特征是:所述步驟5中根據(jù)所述對應指針角度得到指針讀數(shù)的具體方法為:根據(jù)儀表外觀的指針角度和讀數(shù)對應關系，將識別的指針角度轉換為儀表讀數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種儀表指針自動識別的方法。步驟為：采集儀表盤圖像；對所述儀表盤圖像進行二值化處理；在所述儀表盤的預設區(qū)域內選擇一點，以此為中心查找指針，并在區(qū)域內逐點掃描；找到最為合適的指針旋轉軸位置和對應指針方向；根據(jù)所述對應指針角度得到指針讀數(shù)。該方法可有效識別指針式儀表的讀數(shù)，且比以往使用Hough變化來查找直線的方式更為魯棒和快速，即使圖像有一定的無旋轉偏移，仍可準確地找到指針方向，獲得儀表讀數(shù)。
【IPC分類】G06K9/00, G06T7/60
【公開號】CN105426809
【申請?zhí)枴緾N201510504562
【發(fā)明人】張大堃
【申請人】張大堃
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年8月18日