[發明專利]基于機器視覺系統的指針式儀表讀數識別測量方法

有效

• 申請號: 201710532391.5
• 申請日: 2017-07-03
• 公開（公告）號: CN107167169B
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 譚慶昌;包昊菁;劉思遠;張雅超;原敏喬;周曉東
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01D9/42
• 分類號: G01D9/42;G01D13/00
• 代理公司: 吉林長春新紀元專利代理有限責任公司 22100
• 代理人: 王怡敏

本發明涉及一種基于機器視覺系統的指針式儀表讀數識別測量方法，屬于儀表測量技術領域。建立測量多個指針式儀表的視覺成像系統模型；使用CCD攝像機平面標定法，標定攝像機內部參數、畸變系數和指針式儀表表盤的外參；利用指針式儀表表盤的外參，旋轉指針式儀表圖像到平行于指針式儀表表盤的位置；平移各個指針式儀表圖像到光學中心附近，再利用圖像處理技術提取儀表圖像上的刻度、指針及其中心的位置；運用角度法通過計算獲得指針式儀表的讀數。優點在于：采用視覺測量技術，通過圖像旋轉消除透視投影畸變，提高測量精度，適合用一臺攝像機同時測量多個儀表的讀數。實現了高精度智能檢測，提高了儀表讀數效率，提高了攝像機標定效率。

技術領域

本發明涉及儀表測量技術領域，特別涉及一種基于機器視覺系統的指針式儀表讀數識別測量方法。

背景技術

通常儀表可分為指針式儀表和數字式儀表兩大類,其中數字式儀表顯示的測量值為數字, 因此具有讀數簡單、直觀、準確的特點；而指針式儀表中包含指針和與該指針對應的刻度盤, 內部結構簡單、維護方便、制造成本低、無需運行電源、抗干擾能力強，有著數字式儀表不可替代的特點，例如家用水表、汽車的速度指示表、指針式歐姆表等。因此，從科學實驗和工業生產對指針式儀表的需求看，指針式儀表具有龐大的市場需求。

目前，大部分的指針式儀表并沒有通信接口,指針式儀表的讀數不能夠自動獲取并且完成數據傳輸,大部分讀數仍然采用肉眼識別的讀數方式。由于人為因素的影響或視覺偏差, 容易造成人為錯誤或不可避免的誤差。因此,需要一種指針式儀表自動讀數技術來取代人工讀數方式。若一旦同時檢測多個指針式儀表的讀數，這對指針式儀表讀數的精確度提出了更高的要求。

近些年，提出了一些基于數字圖像處理的指針式儀表自動讀數算法,大多數是在理想環境下進行的,保證攝像機與指針式儀表表盤水平放置。目前，機器視覺測量方法大部分是利用光學標定板進行攝像機標定獲取攝像機的內部參數和外部參數。首先，通過圖像采集設備獲取指針式儀表的數字圖像，利用連通域標記法提取出儀表表盤的輪廓和刻度線區域。其次，基于質心法提取出起始刻度線中心點和終止刻度線中心點的亞像素坐標。然后，采用霍夫變換檢測出指針兩端的亞像素坐標和指針式儀表表盤旋轉中心的亞像素坐標。最后，運用角度法測量指針式儀表的讀數。但在實際應用中,由于光照不均勻或者指針式儀表無法與攝像機保持平行等因素，導致視覺誤差對讀數的精度有嚴重影響,直接應用上述算法無法得到準確的測量結果。亟待改進。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于機器視覺系統的指針式儀表讀數識別測量方法，解決了現有圖像識別檢測方法存在的上述問題。保證了較低的硬件成本、較高的檢測效率和較好的測量精度。是一種更有效的多個指針式儀表讀數的同時檢測方法，是采用機器視覺成像的方法，考慮到CCD攝像機與指針式儀表之間的位置關系，綜合使用攝像機標定和圖像識別技術實現測量。這種方法利用CCD攝像機檢測指針式儀表表盤的刻度線，計算指針式儀表表盤在該位置下的外部參數，取代傳統的光學標定板。通過旋轉指針式儀表圖像到平行于指針式儀表表盤的位置，消除透視投影畸變，最后同時計算多個指針式儀表的讀數。測量過程中，不要求被測指針式儀表與測量系統有特定的位置關系，放松了對測量系統的擺放要求，更有利于實際應用。本發明在已知攝像機內部參數和鏡頭的畸變系數的前提下，可以直接利用指針式儀表表盤的刻度線信息進行攝像機標定獲取攝像機的外部參數，提高攝像機標定效率和準確性。在確定攝像機的外部參數之后，使儀表圖像旋轉到平行于指針式儀表表盤的位置，并通過雙線性插值法使得旋轉之后圖像的像素坐標是整數，就可以通過對其他儀表的平移，直接讀取同一平面上多個指針式儀表的讀數。

本發明的上述目的通過以下技術方案實現：

基于機器視覺系統的指針式儀表讀數識別測量方法，基于機器視覺成像系統，建立多個指針式儀表的測量模型，結合數字圖像處理技術和攝像機標定技術實現多個指針式儀表讀數的測量，其包括以下步驟：

1)標定CCD攝像機的內部參數和鏡頭的畸變系數；