專利名稱：一種儀表指針自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別方法及自動(dòng)讀數(shù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的圖像處理與識(shí)別技術(shù)，特別是涉及一種儀表指針自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別方法及自動(dòng)讀數(shù)方法。
背景技術(shù)：
目前0.5級(jí)以上各種模擬指示(指針式)標(biāo)準(zhǔn)交、直流電表在電量測(cè)量中占據(jù)很重要的作用，在我國(guó)電力系統(tǒng)、鐵路系統(tǒng)、儀表生產(chǎn)企業(yè)、大中型電子企業(yè)、全國(guó)各省市計(jì)量部門中仍然使用十分廣泛。幾十年來(lái)，我國(guó)電學(xué)計(jì)量行業(yè)普遍采用繁重的人工儀表檢定方式來(lái)對(duì)儀表進(jìn)行校驗(yàn)檢定，需要人手觸摸開(kāi)關(guān)來(lái)控制電量輸出，同時(shí)人眼睛注視被檢儀表的指針位置，并需要記錄數(shù)據(jù)。2～3個(gè)小時(shí)才能檢測(cè)一塊多量程的儀表(不包括數(shù)據(jù)處理)，檢定人員已疲勞不堪了。采用人工操作來(lái)檢表，工作強(qiáng)度大，效率低，存在人為誤差，自動(dòng)化程度低，人為因素大，缺乏客觀科學(xué)評(píng)定檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)。要檢測(cè)儀表的指針讀數(shù)，核心問(wèn)題是解決儀表指針直線的自動(dòng)圖像識(shí)別問(wèn)題。近年來(lái)研究的一些智能化方法大多應(yīng)用Hough變換來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，但Hough變換計(jì)算量大、存儲(chǔ)量大、檢測(cè)精度不高，且檢測(cè)容易受到噪聲干擾，無(wú)法實(shí)際應(yīng)用到實(shí)際實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)。
Hough變換是計(jì)算機(jī)圖像處理中的一種常用方法，其基本原理是把二值圖變換到Hough參數(shù)空間，該空間由累加器組成，而累加器是直線參數(shù)的函數(shù)。二值圖像中直線可用如下方程表示
y＝mx+b其中(x，y)是直線上點(diǎn)在二值圖中的坐標(biāo)，m代表直線的斜率，b代表直線在y軸上的截距。在Hough參數(shù)空間直線方程可表示為ρ＝xcos(θ)+ysin(θ)Hough變換為自動(dòng)識(shí)別儀表指針提供了理論指引，為找到指針直線段，可建立一個(gè)在ρ，θ空間的二維直方圖，對(duì)每個(gè)儀表圖像的點(diǎn)(xi，yi)，將計(jì)算Hough變換對(duì)應(yīng)的ρ，θ空間的直方圖并做相應(yīng)的累加計(jì)數(shù)，對(duì)所有點(diǎn)變換完后，對(duì)ρ，θ空間的直方圖進(jìn)行局部最大值搜索，從而獲得儀表指針直線段的參數(shù)(ρ0，θ0)。
所以可以通過(guò)Hough變換的指引，研發(fā)一種行之有效的儀表指針自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于中心投影方法的指針式電量?jī)x表的指針刻度的自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種儀表指針的自動(dòng)讀數(shù)方法。
為了達(dá)到本發(fā)明的第一目的，采用的技術(shù)方案如下一種儀表指針自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別方法，包括如下步驟(1)、采集儀表圖像信息；(2)、預(yù)處理儀表圖像信息；(3)、通過(guò)Hough變換確定儀表圖像中的指針的原點(diǎn)位置；(4)、通過(guò)中心投影方法確定指針的位置。
上述技術(shù)方案中，所述步驟(2)預(yù)處理儀表圖像信息包括(2A)、變灰度圖像，使儀表圖像成為數(shù)字化的灰度圖像；
(2B)、圖像增強(qiáng)，包括中值濾波去除儀表圖像的噪聲、圖像灰度拉伸以增加儀表圖像的對(duì)比度；(2C)、通過(guò)邊緣檢測(cè)算子檢測(cè)儀表圖像中的指針形狀；(2D)、儀表圖像二值化。
所述的中值濾波法去除儀表圖像中的噪聲，先掃描整幅圖像g(x，y)，將各中心象素點(diǎn)及其八鄰域的點(diǎn)按灰度大小排序，以正中間點(diǎn)的灰度值代替原中心象素的灰度值。
所述的圖像灰度拉伸首先掃描整幅圖像g(x，y)，如果g(x，y)的灰度小于50，則g(x，y)的值賦0，如果g(x，y)的灰度大于200，則g(x，y)的值賦為255，如果g(x，y)的值介于50和200之間，則按g(x,y)-50200-50×255]]>計(jì)算的結(jié)果賦值，即按如下公式對(duì)g(x，y)賦值；g(x,y)=0g(x,y)<50g(x,y)-50200-50×2550<g(x,y)<50255g(x,y)>200.]]>根據(jù)對(duì)圖像灰度的分析可以知道，指針處的灰度和周圍像素的灰度不同，而且有較大變化，因此可以用邊緣檢測(cè)算子來(lái)檢測(cè)指針形狀，采用如下垂直算子實(shí)現(xiàn)-1-2-1000121.]]>所述的圖像二值化的具體方法是先確定一個(gè)范圍在0到255之間的閾值T，儀表圖像中像素大于T的灰度設(shè)置為255，小于T的設(shè)置為0，即通過(guò)如下公式賦值g(x,y)=0g(x,y)<T255g(x,y)≥T.]]>上述技術(shù)方案中，所述步驟(3)通過(guò)Hough變換確定儀表圖像中的指針的原點(diǎn)位置，可通過(guò)Hough變換檢測(cè)儀表指針在不同的兩個(gè)位置時(shí)所對(duì)應(yīng)的直線，通過(guò)所述兩條直線的交點(diǎn)確定指針原點(diǎn)。優(yōu)選的做法是通過(guò)Hough變換檢測(cè)儀表指針在零刻度位置和滿刻度位置，通過(guò)在這兩個(gè)位置上檢測(cè)識(shí)別出指針?biāo)鶎?duì)應(yīng)的兩條直線，通過(guò)這兩條直線的交點(diǎn)可確定指針原點(diǎn)。
確定指針原點(diǎn)后，再通過(guò)中心投影法確定指針的具體位置，具體做法是先確定兩個(gè)參數(shù)，角度θ和數(shù)組A(θ)，然后將儀表圖像上的特征點(diǎn)向指針原點(diǎn)進(jìn)行中心投影，每個(gè)投影點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一個(gè)角度θ，每個(gè)角度對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)組A(θ)，當(dāng)儀表圖像中有一個(gè)象素點(diǎn)投向角度θ時(shí)，這個(gè)角度θ對(duì)應(yīng)的數(shù)組A(θ)進(jìn)行計(jì)數(shù)累加，最后對(duì)角度數(shù)組A(θ)進(jìn)行局部最大值的搜索，最大值所對(duì)應(yīng)的角度θ即為當(dāng)前指針的角度值，通過(guò)指針的角度值確定指針的位置。
為了實(shí)現(xiàn)第二發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種儀表指針自動(dòng)讀數(shù)方法，包括如下步驟(1)、采集儀表圖像信息；(2)、預(yù)處理儀表圖像信息；(3)、通過(guò)Hough變換確定儀表圖像中的指針的原點(diǎn)位置；(4)、通過(guò)中心投影方法確定指針的位置；(5)、計(jì)算儀表指針的讀數(shù)。
本技術(shù)方案采用第一技術(shù)方案確定儀表圖像中指針的位置，即角度值θ*，然后按照如下公式計(jì)算該指針?biāo)鶎?duì)應(yīng)的讀數(shù)值d=θ*-θ0θ1-θ0×D,]]>其中θ0為零刻度時(shí)指針對(duì)應(yīng)的角度，θ1為滿刻度時(shí)指針對(duì)應(yīng)的角度，D為儀表的總量程。
對(duì)比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)(1)、本發(fā)明通過(guò)自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別儀表指針，避免人眼檢測(cè)帶來(lái)的人為誤差和視覺(jué)誤差，并且可以大大降低勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)省人力物力；(2)、本發(fā)明可通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理，大大提高檢測(cè)的效率，縮短檢測(cè)儀表的時(shí)間；(3)、本發(fā)明基于Hough變換及中心投影理論指引，所以檢測(cè)識(shí)別結(jié)果準(zhǔn)確可靠；(4)、本發(fā)明再利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)，大大增強(qiáng)了識(shí)別結(jié)果的可靠性。


圖1為本發(fā)明的硬件設(shè)備組成方框圖；圖2為本發(fā)明的儀表指針識(shí)別及讀數(shù)程序流程圖；圖3為本發(fā)明的預(yù)處理儀表圖像流程圖；圖4為本發(fā)明的儀表指針原點(diǎn)定位程序流程圖；圖5為本發(fā)明的儀表指針中心投影檢測(cè)程序流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
實(shí)施本發(fā)明的一種硬件設(shè)備框圖如附圖1所示，包括微型計(jì)算機(jī)1、攝像頭2、存儲(chǔ)設(shè)備3、打印機(jī)4，攝像頭2、存儲(chǔ)設(shè)備3、打印機(jī)4分別與微型計(jì)算機(jī)1連接，通過(guò)微型計(jì)算機(jī)1控制攝像頭2進(jìn)行儀表圖像實(shí)時(shí)采集，對(duì)攝像頭2采集的指針式儀表圖像進(jìn)行預(yù)處理，再通過(guò)兩次Hough變換確定一個(gè)儀表指針的中心點(diǎn)位置，最后根據(jù)計(jì)算儀表圖像的中心投影，利用中心投影中的峰值找到儀表的指針位置。
本發(fā)明利用高分辨率攝像頭2進(jìn)行高精度的圖像采集，可進(jìn)行更高精度的儀表指針讀數(shù)檢測(cè)；而且數(shù)據(jù)可以自動(dòng)進(jìn)行存儲(chǔ)到存儲(chǔ)設(shè)備3上，方便信息化管理；并且如果需要，還可以隨時(shí)將識(shí)別信息通過(guò)打印機(jī)4打印出來(lái)。
本實(shí)施例自動(dòng)讀出儀表指針的值，其具體流程如附圖2所示，包括如下步驟(1)、采集儀表圖像信息；(2)、預(yù)處理儀表圖像信息；(3)、通過(guò)Hough變換確定儀表圖像中的指針的原點(diǎn)位置；(4)、通過(guò)中心投影方法確定指針的位置；(5)、計(jì)算儀表指針的讀數(shù)。
其中，步驟(2)預(yù)處理儀表圖像信息的流程圖如附圖3所示，具體包括(2A)、變灰度圖像，使儀表圖像成為數(shù)字化的灰度圖像；(2B)、圖像增強(qiáng)，包括中值濾波去除儀表圖像的噪聲、圖像灰度拉伸以增加儀表圖像的對(duì)比度；所述的中值濾波法去除儀表圖像中的噪聲，先掃描整幅圖像g(x，y)，將各中心象素點(diǎn)及其八鄰域的點(diǎn)按灰度大小排序，以正中間點(diǎn)的灰度值代替原中心象素的灰度值。
所述的圖像灰度拉伸首先掃描整幅圖像g(x，y)，如果g(x，y)的灰度小于50，則g(x，y)的值賦0，如果g(x，y)的灰度大于200，則g(x，y)的值賦為255，如果g(x，y)的值介于50和200之間，則按g(x,y)-50200-50×255]]>計(jì)算的結(jié)果賦值，即按如下公式對(duì)g(x，y)賦值；g(x,y)=0g(x,y)<50g(x,y)-50200-50×2550<g(x,y)<50255g(x,y)>200.]]>(2C)、通過(guò)邊緣檢測(cè)算子檢測(cè)儀表圖像中的指針形狀；
根據(jù)對(duì)圖像灰度的分析可以知道，指針處的灰度和周圍像素的灰度不同，而且有較大變化，因此可以用邊緣檢測(cè)算子來(lái)檢測(cè)指針形狀，采用如下垂直算子實(shí)現(xiàn)-1-2-1000121.]]>(2D)、儀表圖像二值化。
所述的圖像二值化的具體方法是先確定一個(gè)范圍在0到255之間的閾值T，儀表圖像中像素大于T的灰度設(shè)置為255，小于T的設(shè)置為0，即通過(guò)如下公式賦值g(x,y)=0g(x,y)<T255g(x,y)≥T.]]>本實(shí)施例的步驟(3)通過(guò)Hough變換確定儀表圖像中的指針的原點(diǎn)位置，其流程如附圖4所示，可通過(guò)Hough變換檢測(cè)儀表指針在不同的兩個(gè)位置時(shí)所對(duì)應(yīng)的直線，通過(guò)所述兩條直線的交點(diǎn)確定指針原點(diǎn)。優(yōu)選的做法是通過(guò)Hough變換檢測(cè)儀表指針在零刻度位置和滿刻度位置，通過(guò)在這兩個(gè)位置上檢測(cè)識(shí)別出指針?biāo)鶎?duì)應(yīng)的兩條直線，通過(guò)這兩條直線的交點(diǎn)可確定指針原點(diǎn)。
確定指針原點(diǎn)后，再通過(guò)步驟(4)的中心投影法確定指針的具體位置，如附圖5所示，具體做法是先確定兩個(gè)參數(shù)，角度θ和數(shù)組A(θ)，然后將儀表圖像上的特征點(diǎn)向指針原點(diǎn)進(jìn)行中心投影，每個(gè)投影點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一個(gè)角度θ，每個(gè)角度對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)組A(θ)，當(dāng)儀表圖像中有一個(gè)象素點(diǎn)投向角度θ時(shí)，這個(gè)角度θ對(duì)應(yīng)的數(shù)組A(θ)進(jìn)行計(jì)數(shù)累加，最后對(duì)角度數(shù)組A(θ)進(jìn)行局部最大值的搜索，最大值所對(duì)應(yīng)的角度θ即為當(dāng)前指針的角度值，通過(guò)指針的角度值確定指針的位置。
確定儀表圖像中指針的位置后，即角度值θ*，步驟(5)按照如下公式計(jì)算該指針?biāo)鶎?duì)應(yīng)的讀數(shù)值d=θ*-θ0θ1-θ0×D,]]>其中θ0為零刻度時(shí)指針對(duì)應(yīng)的角度，θ1為滿刻度時(shí)指針對(duì)應(yīng)的角度，D為儀表的總量程。
最后可對(duì)本實(shí)施例進(jìn)行存儲(chǔ)及打印，方便信息管理。
權(quán)利要求
1.一種儀表指針自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別方法，其特征在于包括如下步驟(1)、采集儀表圖像信息；(2)、預(yù)處理儀表圖像信息；(3)、通過(guò)Hough變換確定儀表圖像中的指針的原點(diǎn)位置；(4)、通過(guò)中心投影方法確定指針的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀表指針自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別方法，其特征在于所述步驟(2)預(yù)處理儀表圖像信息包括(2A)、變灰度圖像，使儀表圖像成為數(shù)字化的灰度圖像；(2B)、圖像增強(qiáng)，包括中值濾波去除儀表圖像的噪聲、圖像灰度拉伸以增加儀表圖像的對(duì)比度；(2C)、通過(guò)邊緣檢測(cè)算子檢測(cè)儀表圖像中的指針形狀；(2D)、儀表圖像二值化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的儀表指針自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別方法，其特征在于所述的圖像灰度拉伸首先掃描整幅儀表圖像g(x，y)，如果g(x，y)的灰度小于50，則將g(x，y)的值賦為0，如果g(x，y)的灰度大于200，則將g(x，y)的值賦為255，如果g(x，y)的值介于50和200之間，則按g(x,y)-50200-50×255]]>的結(jié)果給g(x，y)賦值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的儀表指針自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別方法，其特征在于所述的邊緣檢測(cè)算子檢測(cè)儀表圖像中的指針形狀采用垂直算子，所述垂直算子為-1 -2-10 001 21
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的儀表指針自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別方法，其特征在于所述的圖像二值化先確定一個(gè)范圍在0到255之間的閾值T，再將儀表圖像中像素大于T的灰度設(shè)置為255，小于T的設(shè)置為0。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的儀表指針自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別方法，其特征在于所述步驟(3)通過(guò)Hough變換檢測(cè)儀表指針在兩個(gè)不同位置時(shí)所對(duì)應(yīng)的直線，通過(guò)所述兩條直線的交點(diǎn)確定指針原點(diǎn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的儀表指針自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別方法，其特征在于所述Hough變換檢測(cè)儀表指針?biāo)诘膬蓚€(gè)不同位置為零刻度位置和滿刻度位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的儀表指針自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別方法，其特征在于所述步驟(4)確定兩個(gè)參數(shù)，角度θ和數(shù)組A(θ)，然后將儀表圖像上的特征點(diǎn)向指針原點(diǎn)進(jìn)行中心投影，每個(gè)投影點(diǎn)都對(duì)應(yīng)一個(gè)角度θ，每個(gè)角度對(duì)應(yīng)一個(gè)數(shù)組A(θ)，當(dāng)儀表圖像中有一個(gè)象素點(diǎn)投向角度θ時(shí)，這個(gè)角度θ對(duì)應(yīng)的數(shù)組A(θ)進(jìn)行計(jì)數(shù)累加，最后對(duì)角度數(shù)組A(θ)進(jìn)行局部最大值的搜索，最大值所對(duì)應(yīng)的角度θ即為當(dāng)前指針的角度值，通過(guò)指針的角度值確定指針的位置。
9.一種使用權(quán)利要求1所述的儀表指針自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別方法的儀表指針自動(dòng)讀數(shù)方法，其特征在于包括如下步驟(1)、采集儀表圖像信息；(2)、預(yù)處理儀表圖像信息；(3)、通過(guò)Hough變換確定儀表圖像中的指針的原點(diǎn)位置；(4)、通過(guò)中心投影方法確定指針的位置；(5)、計(jì)算儀表指針的讀數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的儀表指針自動(dòng)讀數(shù)方法，其特征在于所述步驟(5)根據(jù)步驟(4)檢測(cè)出來(lái)的指針位置信息，即角度值θ*，按照如下公式計(jì)算該指針?biāo)鶎?duì)應(yīng)的讀數(shù)值d=θ*-θ0θ1-θ0×D,]]>其中θ0為零刻度時(shí)指針對(duì)應(yīng)的角度，θ1為滿刻度時(shí)指針對(duì)應(yīng)的角度，D為儀表的總量程。
全文摘要
本發(fā)明提供一種儀表指針自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別方法及自動(dòng)讀數(shù)方法，主要包括采集儀表圖像、儀表圖像的預(yù)處理、應(yīng)用Hough變換進(jìn)行指針原點(diǎn)檢測(cè)、計(jì)算儀表圖像的中心投影點(diǎn)來(lái)檢測(cè)識(shí)別儀表指針位置等步驟，再在檢測(cè)識(shí)別指針位置的基礎(chǔ)上讀出指針的值。本發(fā)明自動(dòng)對(duì)儀表指針進(jìn)行檢測(cè)識(shí)別，能克服人眼檢表時(shí)出現(xiàn)的人為誤差和視覺(jué)誤差、效率低下等缺點(diǎn)，具有計(jì)算速度快，識(shí)別準(zhǔn)確度高、人為因素小、方便進(jìn)行自動(dòng)化信息處理等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01D18/00GK1693852SQ20051003294
公開(kāi)日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2005年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月28日
發(fā)明者金連文, 陳彬 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)