[發(fā)明專利]一種基于對稱性特征的儀表指針圖像識(shí)別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610697650.5
• 申請日: 2016-08-19
• 公開（公告）號: CN106339707B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 葛成偉;趙偉;邱顯東;許春山
• 申請（專利權(quán)）人: 億嘉和科技股份有限公司
• 主分類號: G06K9/32
• 分類號: G06K9/32;G06K9/62
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所32207
• 代理人: 李維朝

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)圖像處理領(lǐng)域，特別涉及一種指針式儀表讀數(shù)的圖像識(shí)別方法，具體地，涉及一種基于對稱性特征的儀表指針圖像識(shí)別方法。

背景技術(shù)

指針式儀表作為一種測量儀器，由于其結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、抗電磁干擾強(qiáng)、低成本低故障率等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于石油化工、電力系統(tǒng)等行業(yè)，如變電站的電流表、電壓表、功率表、SF6壓力表等。傳統(tǒng)的指針式儀表讀數(shù)需要人工肉眼識(shí)別，該方法繁瑣、勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低下，而且某些場合不適宜人工作業(yè)，這就使得利用圖像處理與機(jī)器視覺算法自動(dòng)識(shí)別儀表讀數(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

指針識(shí)別的準(zhǔn)確性直接決定了儀表讀數(shù)的精度，當(dāng)前指針識(shí)別方法主要包括Hough變換法與中心投影法。

(1)專利申請?zhí)枮?01310011025.7，名為《一種改進(jìn)的變電站巡檢機(jī)器人的多儀表讀數(shù)識(shí)別方法》的中國專利，首先利用自適應(yīng)二值化算法分割出指針區(qū)域，然后采用形態(tài)學(xué)方法提取指針的骨架，最后使用Hough變換提取指針，該方法依賴于二值圖像的準(zhǔn)確提取，但實(shí)際情況中的光照不均、文字符號等因素將會(huì)使得指針團(tuán)塊與其他團(tuán)塊粘連在一起，導(dǎo)致指針區(qū)域提取失效。

(2)專利申請?zhí)枮?01110359130.0，名為《高魯棒儀表指針圖像識(shí)別方法》公開了一種高魯棒的指針提取方法:針對細(xì)指針，利用Hough變換法求取直線，以此作為指針?biāo)谥本€；針對粗指針，以儀表中心為起點(diǎn)，計(jì)算射線方向上像素灰度值之和，其最大值對應(yīng)的射線即代表指針?biāo)谥本€。該方法容易受到表盤各類線條的干擾，粗指針的識(shí)別對儀表中心點(diǎn)位置的準(zhǔn)確性要求較高。對于表盤文字符號干擾、光照不均、指針部分遮擋等問題，現(xiàn)有的Hough變換法與中心投影法缺乏一定的魯棒性，指針識(shí)別的穩(wěn)定性不高。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種基于對稱性特征的儀表指針圖像識(shí)別方法，能夠克服表盤文字符號、光照不均以及指針部分遮擋等干擾因素，準(zhǔn)確提取各種指針的參數(shù)信息。

本發(fā)明提供的基于對稱性特征的儀表指針圖像識(shí)別方法，包括，

儀表定位：利用指針儀表模板在圖像中進(jìn)行模板匹配，得到儀表圖像的ROI區(qū)域；

候選指針提?。涸赗OI區(qū)域內(nèi)根據(jù)對稱性特征提取若干組組候選指針的對稱軸及其對稱邊緣像素點(diǎn)對；

候選指針提煉：去除非候選指針邊緣的對稱邊緣像素點(diǎn)對，使得最終的對稱像素點(diǎn)對基本上都屬于候選指針，獲得經(jīng)過提煉后的候選指針對稱邊緣像素點(diǎn)對；

候選指針合并與選擇：去除重疊的候選指針，獲取指針識(shí)別結(jié)果。

優(yōu)選地，所述候選指針提取具體為：根據(jù)ROI區(qū)域圖像邊緣的對稱性構(gòu)造累積矩陣Φ，計(jì)算累積矩陣Φ中前T個(gè)最大值，計(jì)算旋轉(zhuǎn)角與參考距離，作為T個(gè)候選指針的對稱軸，并計(jì)算候選指針對稱軸對應(yīng)的對稱邊緣像素點(diǎn)對。

優(yōu)選地，所述候選指針提煉具體為：對對稱邊緣像素點(diǎn)對進(jìn)行Ransac共線性檢測，并獲得滿足共線性約束的邊緣像素點(diǎn)對，邊緣像素點(diǎn)對對應(yīng)的中點(diǎn)即為候選指針對稱軸上的點(diǎn)，獲得候選指針對稱軸像素點(diǎn)集；對候選指針對稱軸像素點(diǎn)集進(jìn)行分裂再組合，獲得分裂再組合后的對稱邊緣像素點(diǎn)對。

優(yōu)選地，候選指針合并與選擇包括以下步驟：

步驟1：根據(jù)候選指針對稱邊緣像素點(diǎn)對計(jì)算候選指針的最小最大寬度、指針夾角、對稱軸首尾端點(diǎn)與轉(zhuǎn)角方向；

步驟2：若兩候選指針同時(shí)滿足：①轉(zhuǎn)角方向近似一致、②指針夾角近似一致、③最小最大寬度符合形態(tài)一致性要求，則將兩候選指針進(jìn)行合并，形成新的候選指針；

步驟3：選擇邊緣像素點(diǎn)集最多的候選指針作為最終的指針識(shí)別結(jié)果。

候選指針提取進(jìn)一步具體包括：

步驟1：將ROI區(qū)域圖像由RGB轉(zhuǎn)為灰度圖像，采用自適應(yīng)Canny邊緣檢測算子提取灰度圖像的邊緣，并計(jì)算每個(gè)邊緣像素點(diǎn)的梯度方向，記邊緣像素點(diǎn)集為Ω；

步驟2：定義[θ_min,θ_max]為儀表指針的轉(zhuǎn)角范圍，[ρ_min,ρ_max]為儀表指針的對稱軸與參考點(diǎn)P_r(x,y)的參考距離范圍，定義初始累積矩陣

Φ_ij←0，其中，θ_min≤i≤θ_max,ρ_min≤j≤ρ_max；