[發明專利]一種基于指針寬度特征的儀表指針圖像識別方法

有效

• 申請號: 201410242589.6
• 申請日: 2014-05-30
• 公開（公告）號: CN104050446B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 王凱;宋執環
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/46
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 邱啟旺

技術領域

本發明涉及圖像處理和機器視覺領域，特別涉及指針式儀表的圖像識別讀數方法，具體地，涉及一種基于指針寬度先驗特征的儀表指針圖像識別方法。

背景技術

圖像處理和機器視覺技術的發展，為檢測學科開辟了新的領域。機器視覺的各類研究成果已成功運用到如工況監測，成品檢測，質量控制等生產環節，機器視覺已經成為替代人眼視覺的有效技術，具有客觀性，精確性，可重復性，低成本等優勢。

利用機器視覺的方法獲取儀表指針示數從而替代人眼視覺識別，可以很大程度降低工業現場人工巡檢的繁，難，險和重復性大的缺陷。就圖像指針識別領域，專利申請號為200910042108.6，專利名為《一種讀取指針式表示值的圖像處理方法》的中國專利中，公開了一種讀取指針式表示值的圖像處理方法。該方法選取長度相等的三條刻度線上的三個對應點，并計算通過三點的圓，得出圓心。但是該方法對環境要求高，對儀表表盤的精確定位是指針儀表識別的重要前提，在實際情況下由于非線性光照影響、攝像機失焦等將難以提取刻度線，因此難以定位儀表。專利申請號為201210234316.8，專利名為《基于圖像處理的儀表指針轉角識別方法》的中國專利中，公開了一種識別指針轉角的圖像處理方法，但該方法需利用Canny算子提取邊緣和Hough變換提取直線，這兩種方法都需要設定適合的閾值，不適用于具有非線性光照干擾的指針識別。專利申請號為201110359130.0，專利名為《高魯棒儀表指針圖像識別方法》公開了一種魯棒性較高的指針圖像識別方法，該方法需要將粗指針和細指針分類，并最終都需要采用Hough變換提取直線，難以克服圖像儀表表盤各類線條的干擾。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種基于指針寬度特征的儀表指針圖像識別方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種基于指針寬度特征的儀表指針圖像識別方法，包括以下步驟：

(1)模板標定：首先拍攝儀表圖像作為模板；其次對模板標定指針的旋轉中心、指針所占像素的寬度、指針量程和儀表滿刻度范圍內的張角，在模板的表盤內標定一小塊矩形區域ROI；其中，所述標定指針的旋轉中心具體為：將儀表表盤任意兩條刻度線的延長線的交點標定為旋轉中心；標定一小塊矩形區域ROI具體為：矩形區域ROI的兩條對稱軸分別和圖像像素坐標軸平行，其中一條對稱軸通過旋轉中心，且將圖像繞旋轉中心旋轉整個量程范圍內的張角，矩形區域ROI內能包含到指針像素并包含最少的其他前景圖像像素；

(2)指針提取：首先通過模板匹配定位待檢測圖像的旋轉中心和矩形區域ROI；其次將儀表整個量程范圍內的張角的一半定義為初始角度，將待檢測圖像以初始角度繞旋轉中心進行旋轉，對旋轉之后的矩形區域ROI內的圖像作處理，設定邊緣檢測閾值和指針寬度閾值，并存儲每個符合設定的邊緣檢測閾值和指針寬度閾值要求的旋轉角度，直到對整個量程范圍內的張角都進行了旋轉，再對這些符合要求的旋轉角度提取最優偏轉角度，旋轉過程中，矩形區域ROI位置保持不變。

進一步地，所述步驟2中，所述模板匹配包括以下子步驟：

A.對模板和待檢測圖像進行直方圖均衡化；

B.利用圖像金字塔方法對模板和待檢測圖像進行降采樣，根據圖像大小確定金字塔層數；

C.利用Canny算子對模板和待檢測圖像進行二值化并提取邊緣；

D.利用Sobel算子分別提取模板和待檢測圖像的每一個待處理像素的水平方向梯度和豎直方向梯度，組成梯度向量，待檢測圖像像素點(x,y)的梯度向量用e(x,y)表示，模板像素點(u,v)的梯度向量用d(u,v)表示，假設模板的像素點總數為n，則在點(x,y)處的相似度量s(x,y)可通過下式計算：

式中，<d(u,v),e(x+u,y+v)>表示模板和待檢測圖像對應位置梯度向量的內積，||d(u,v)||表示當前模板像素點的模長，||e(x+u,y+v)||表示當前待檢測圖像像素點的模長；

E.在所有像素點的相似度量s中，選擇最大值所在的區域即為待檢測圖像中與模板最相似的區域。

進一步地，所述步驟2中，所述對旋轉之后的矩形區域ROI內的圖像作處理，設定邊緣檢測閾值和指針寬度閾值，并存儲每個符合設定的邊緣檢測閾值和指針寬度閾值要求的旋轉角度，具體包括以下子步驟：

a.設定邊緣檢測閾值和指針寬度閾值：邊緣檢測閾值小于4，對每一個儀表設定一個指針像素寬度上限和一個指針像素寬度下限作為指針寬度閾值；