專利名稱：一種基于計(jì)算機(jī)視覺的特種車輛儀表自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)及算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于儀表識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺、軟件工程、視頻圖像處理，能通過攝像機(jī)獲取的視頻圖像，可以自動(dòng)識(shí)別特種車輛儀表。
背景技術(shù)：
指針式儀表結(jié)構(gòu)簡單、使用方便，指針式儀表是特種車輛上應(yīng)用的非常普遍的測量儀表之一。國內(nèi)對特種車輛指針式儀表的識(shí)別與檢定主要是采用人工讀數(shù)的方法，這種判別方法受人的主觀因素如人的觀測角度、觀測距離、人眼疲勞等影響，不穩(wěn)定、可靠性不高。而且數(shù)據(jù)處理工作量大，識(shí)別效率低。另外也可能因?yàn)檠劬Ω簧现羔樲D(zhuǎn)動(dòng)速度而造成錯(cuò)誤?；趫D像識(shí)別技術(shù)的儀表自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)研究主要集中在工業(yè)儀表上。在國夕卜，Correa Alegria等用基于圖像識(shí)別的方法，采用中心投影法分析法和Hough變換法計(jì)算出指針和刻度的相對位置，進(jìn)而得出指針讀數(shù)(F.Correa Alegria, A.Cruzz.Serraj Automatic Calibration of Analog and Digital Measuring Instruments UsingComputer Vision[J]，IEEE Transaction on Instrumentation and Measurement，2000，49·(I), PP.94-99.)。在國內(nèi)，王三武等人研究的水表多刻度盤的圖像識(shí)別識(shí)別系統(tǒng)取得了突出的成效(王三武，戴亞文等，復(fù)雜儀表的圖像自動(dòng)讀數(shù)識(shí)別方法，武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)[J]，武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2003.12，25 (6): 76-78)。常發(fā)亮等研究了變配電無人值守中表針指示數(shù)據(jù)自動(dòng)讀取中的應(yīng)用，主要采取了迭代二值化和Hough變換來求得指針的角度和儀表的讀數(shù)(常發(fā)亮，許有才，喬誼正，無人值守表針實(shí)時(shí)視覺自動(dòng)識(shí)別與分析方法，電子測量與儀器學(xué)報(bào)，2006.4，20 (2):35-38.)。此外，岳國義(岳國義，李寶樹等，智能型指針式儀表識(shí)別系統(tǒng)的研究，儀器儀表學(xué)報(bào)，2003.8，24(4):430-431.)孫琳(孫琳，王永東，指針式儀表自動(dòng)檢定圖像識(shí)別技術(shù)，現(xiàn)代電子技術(shù)[J]，2011.Vol.34(8): 101-104.)等對工業(yè)指針式儀表進(jìn)行了研究。
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過去的研究中很少有對特種車輛儀表進(jìn)行圖像識(shí)別的研究。特種車輛儀表有自己獨(dú)特的特點(diǎn)，比如說指針更寬，儀表的指針沒有工業(yè)儀表長，儀表表盤大多為黑底，中心點(diǎn)不在表盤中間等，如表1，這些特點(diǎn)給特種車輛儀表的識(shí)別帶來了很大的困難。本文的研究是在數(shù)字圖像視頻處理和識(shí)別技術(shù)的基礎(chǔ)上，為特種車輛指針式儀表提供一種自動(dòng)化程度更高、速度更快、更準(zhǔn)確可靠的識(shí)別與檢定方法。本系統(tǒng)對特種車輛儀表視覺信號(hào)進(jìn)行處理，完成儀表圖像采集、圖像轉(zhuǎn)換、偏差檢測、結(jié)果顯示等操作，實(shí)現(xiàn)特種車輛儀表識(shí)別與檢定過程的自動(dòng)化。表1.典型的工業(yè)儀表和特種車輛儀表特性對比
權(quán)利要求
1.一種基于計(jì)算機(jī)視覺的特種車輛儀表自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)包括儀表視頻圖像采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及儀表自動(dòng)識(shí)別和檢測系統(tǒng)；所述儀表視頻圖像采集系統(tǒng)包括一 CCD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，并通過總線從攝像機(jī)里實(shí)時(shí)獲取特種車輛儀表動(dòng)態(tài)的視頻圖像，并將視頻圖像傳輸給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)視頻數(shù)據(jù)的保存和篩選，識(shí)別結(jié)果的保存和管理數(shù)據(jù)相關(guān)的任務(wù)，并將視頻數(shù)據(jù)傳輸給儀表自動(dòng)識(shí)別和檢測系統(tǒng)；所述識(shí)別和檢測系統(tǒng)調(diào)用特種車輛儀表圖像的識(shí)別算法，并將識(shí)別的結(jié)果反饋給數(shù)據(jù)處理中心。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)還包括一擋光板，所述擋光板安裝在特種車輛儀表的后方，除去復(fù)雜背景，使得輸入的特種車輛儀表圖像更加簡單。
3.一種特種車輛儀表自動(dòng)識(shí)別算法，其特征在于，具體包括如下步驟: (O圖像預(yù)處理:對原始的指針儀表圖片做出處理； (2 )儀表圓盤和中心的自動(dòng)提取:通過算法自動(dòng)獲取儀表的圓盤和中心，從而準(zhǔn)確定位出儀表的位置，為后面的進(jìn)一步的分析所用； (3)對輸入的儀 表圖像，基于紋理特征，自動(dòng)識(shí)別出儀表類型； (4)獲取指針，主要是獲取指針的角度信息； (5)讀數(shù):根據(jù)指針的角度信息獲取儀表的值； 其中，步驟(I)圖像預(yù)處理: 包括儀表圖像進(jìn)行大小歸一化、通過中值濾波去隨即噪聲、通過灰度增強(qiáng)儀表圖像的對比度，通過二值化處理實(shí)現(xiàn)儀表圖像中背景和對象的分割，通過反色獲取指針和刻度；本系統(tǒng)采用自適應(yīng)中值濾波，并且采用帶修正的自適應(yīng)鄰域平均法消除圖像干擾和噪音；采用灰度拉升對特種車輛儀表圖像進(jìn)行灰度增強(qiáng)處理； 步驟(2 )儀表圓盤和中心的自動(dòng)提取: 用Hough變換來檢測儀表圓盤的邊界；Hough變換檢測圓盤式儀表的邊緣，其基本思想是將儀表圖像空間的點(diǎn)映射到參數(shù)空間去，然后在參數(shù)空間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，根據(jù)計(jì)算的結(jié)果判斷圓的半徑和圓心所在位置的可能性；對于二值儀表圖像中的某一點(diǎn)(x，y)，如果它是在圓心為(m，n)半徑為r的圓上，則其對應(yīng)的參數(shù)空間滿足 im = X-r- Cos(O)⑴ I η = y-r. \\{θ) 其中Θ e
;用Hough變換的圓檢測方法，儀表的圓盤邊緣和中心點(diǎn)被完全的找到； 步驟(3)對儀表類型的自動(dòng)識(shí)別: 對輸入的儀表圖像，找出儀表表盤的邊緣后，基于顏色特征和紋理特征來識(shí)別儀表類型；首先，針對每種類型的特種車輛儀表，采集一批有代表性的特種車輛儀表圖像，每副圖像當(dāng)作一個(gè)訓(xùn)練樣本，針對每個(gè)訓(xùn)練樣本，根據(jù)圖像預(yù)處理對圖像質(zhì)量歸一化，然后提取出儀表圖像的圓盤，根據(jù)圓盤半徑將儀表圖像進(jìn)行大小歸一化，歸一化后分別對特種車輛儀表圖像提取顏色特征和Gabor紋理特征；最后針對所有的訓(xùn)練樣本，分別以顏色特征和Gabor紋理特征為向量為每種類型建立模型；每種類型的儀表建立好模型后，對于采集的實(shí)時(shí)圖像，同樣經(jīng)過圖像預(yù)處理進(jìn)行圖像質(zhì)量歸一化，提取儀表圓盤進(jìn)行儀表大小歸一化，歸一化后分別提取顏色特征和Gabor紋理特征，對這兩種特征與各個(gè)類型的儀表模板分別進(jìn)行模式匹配，然后得到儀表分類結(jié)果，最后將兩種的識(shí)別結(jié)果綜合得到儀表類型； 步驟(4)對指針角度信息的獲取: 將工業(yè)儀表指針的提取的三種主要方法:Hough變換的方法，灰度圖像的極坐標(biāo)中心投影的方法，基于指針邊緣點(diǎn)擬合的最小二乘法進(jìn)行綜合提取特種車輛儀表指針； 步驟(5)基于儀表刻度的自動(dòng)讀數(shù): 設(shè)指針指針的角度為α，其兩個(gè)相鄰刻度的角度為^^和β2，這兩個(gè)相鄰刻度的值為V1和V2,那么最后的讀數(shù)V為:
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的算法，其特征在于:所述步驟(2)中，在Hough變換中，可能會(huì)檢測出很多虛假的圓，有兩種做法可以提高特種車輛儀表圓盤檢測的精確度:(1)由于很多特種車輛儀表圖像邊緣非常的厚，因此可以用較平滑的方法使得儀表圖像更加模糊，儀表圓盤的提取會(huì)因?yàn)閳D像模糊化而更加準(zhǔn)確，而在后面的處理中，將模糊化的圖像進(jìn)行恢復(fù)后再提取指針；(2)針對特種車輛儀表圓盤的半徑、圓盤的中心進(jìn)行規(guī)則約束，對于在中心、半徑比較大的圓給予較高的評價(jià)分?jǐn)?shù)。
全文摘要
本發(fā)明屬于儀表識(shí)別、計(jì)算機(jī)視覺、軟件工程、視頻圖像處理，能通過攝像機(jī)獲取的視頻圖像，可以自動(dòng)識(shí)別特種車輛儀表。一種基于計(jì)算機(jī)視覺的特種車輛儀表自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)，其特征在于所述系統(tǒng)包括儀表視頻圖像采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及儀表自動(dòng)識(shí)別和檢測系統(tǒng)；所述儀表視頻圖像采集系統(tǒng)包括一CCD數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，并通過總線從攝像機(jī)里實(shí)時(shí)獲取特種車輛儀表動(dòng)態(tài)的視頻圖像，并將視頻圖像傳輸給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)視頻數(shù)據(jù)的保存和篩選，識(shí)別結(jié)果的保存和管理數(shù)據(jù)相關(guān)的任務(wù),并將視頻數(shù)據(jù)傳輸給儀表自動(dòng)識(shí)別和檢測系統(tǒng)；所述識(shí)別和檢測系統(tǒng)調(diào)用特種車輛儀表圖像的識(shí)別算法，并將識(shí)別的結(jié)果反饋給數(shù)據(jù)處理中心。
文檔編號(hào)G06K9/46GK103164692SQ20121051139
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者白真龍, 郭迎春, 王濤, 張伏龍, 白征東, 張華 , 李廣峰, 張昌俊 申請人:北京科技大學(xué), 中國人民解放軍63963部隊(duì), 清華大學(xué)