[發明專利]一種指針式儀表讀數識別方法

有效

• 申請號: 201710733226.6
• 申請日: 2017-08-24
• 公開（公告）號: CN107609557B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 韓守東;夏鑫鑫;馮知坤;劉昱均
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06K9/34
• 分類號: G06K9/34;G06T7/66
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;李智

1.一種指針式儀表讀書識別方法，其特征在于，包括：

(1)對待識別儀表圖像進行定位并提取表盤，同時采用仿射變換的方式矯正表盤得到矯正后的表盤圖像；

(2)對矯正后的表盤圖像進行霍夫圓檢測，得到表盤的預測圓心和預測半徑，同時利用矯正后的表盤圖像的中心對預測結果進行驗證；其中，由對預測圓心進行驗證，(x_h,y_h)表示圓檢測得到的預測圓心，(x_c,y_c)表示矯正后的表盤圖像的中心，W表示矯正后的表盤圖像的寬度，H表示矯正后的表盤圖像的高度；由對預測半徑進行驗證，r表示預測半徑，l表示矯正后的表盤圖像邊長較短的一邊；

(3)對矯正后的表盤圖像采用霍夫直線檢測的方式檢測指針，并檢測出指針的角度；具體的，對矯正后的表盤圖像進行二值化處理得到二值化圖像，對二值化圖像進行細化處理，對細化處理后的圖像進行Hough直線檢測；對于由Hough直線檢測篩選出的直線，由做進一步篩選，其中，d表示圓心到直線的距離，W表示矯正后的表盤圖像的寬度，H表示矯正后的表盤圖像的高度，theta表示檢測的直線角度，b表示截距，theta'表示所有篩選出的直線的角度平均值，b'表示所有篩選出的直線的截距平均值；若進一步篩選中沒有符合要求的直線，則認為指針直線的參數b和theta為默認值0；

(4)基于表盤上刻度連通域的特征，將二值化圖像進行4連通域標記，并由篩選符合要求的連通域，其中，wid表示連通域的寬度，hei表示連通域的高度，W表示矯正后的表盤圖像的寬度，H表示矯正后的表盤圖像的高度，len表示連通域中像素的個數，k表示連通域擬合直線的斜率，δ表示最小二乘法擬合直線的均方誤差，并對篩選出的連通域分別進行線性擬合得到各連通域對應的擬合直線，并求取擬合直線的交點作為待選圓心，根據指針的角度和預測圓心，由對待選圓心進行篩選得到篩選后的交點，其中，(x,y)表示待選圓心，(x_c,y_c)表示矯正后的表盤圖像的中心，(x_point1,y_point1)表示模板仿射點中的最小刻度點，(x_point3,y_point3)表示模板仿射點中的最大刻度點，y_point2表示模板仿射點中的中間刻度點的縱坐標，計算篩選后的交點的平均值得到均值圓心，分別計算均值圓心與預測圓心到指針直線的距離，將距離較小的點作為表盤的圓心，確定表盤的圓心；

(5)根據圓心到各擬合直線的距離篩選出滿足預設要求的目標擬合直線，計算目標擬合直線對應連通域的質心，通過冒泡法對各質心到圓心的距離進行排序，尋找距離差小于第一預設閾值的最大距離和最小距離，并由對最大距離與最小距離之間的距離平均值R進行驗證，其中，R_h表示預測半徑，若驗證通過，則將距離平均值作為表盤的半徑；

(6)根據表盤的圓心和半徑得到表盤的圓弧刻度圖，通過坐標變換將圓弧刻度圖矩形化，得到矩形刻度圖；其中，由將圓弧刻度圖矩形化，得到矩形刻度圖，其中，圓弧刻度圖中坐標(x,y)在矩形刻度圖中對應的點是(x₁,y₁)，(x₀,y₀)表示圓心坐標，R表示表盤的半徑；

(7)根據模板仿射點，檢測并定位到矩形刻度圖的最小刻度與最大刻度，根據最小刻度與最大刻度對矩形刻度圖進行剪切，并根據刻度連通域質心的橫坐標，對剪切后的矩形刻度圖進行還原重建；其中，將矩形刻度圖進行局部二值化處理，利用二值化后的矩形刻度圖中的模板仿射點的橫坐標，根據預設搜索條件在模板仿射點的預設搜索范圍內進行最小刻度與最大刻度的搜索，其中，預設搜索條件為：在預設搜索范圍內遍歷每一列像素，若某一列連續白色像素點個數超過第二預設閾值，則認為該列是最小刻度或者最大刻度；預設搜索范圍為：以模板仿射點的橫坐標為中心，向左右兩端各擴展的m個刻度長度，其中，單位刻度長度為：Range為刻度個數；若未搜索到有效的最小刻度與最大刻度，則將模板仿射點中的最小刻度點作為矩形刻度圖的最小刻度，將模板仿射點中的最大刻度點作為矩形刻度圖的最大刻度；

(8)根據刻度連通域質心的橫坐標的分布對還原重建后的矩形刻度圖進行噪點去除，根據刻度段的平均距離，對噪點去除后的矩形刻度圖進行刻度的插入得到目標矩形刻度圖；其中，所述根據刻度連通域質心的橫坐標的分布對還原重建后的矩形刻度圖進行噪點去除，具體為：計算當前刻度與前一個刻度的距離df以及當前刻度和后一個刻度的距離db；若df＜lib1db＜lib1，則認為當前刻度的前一個刻度和后一個刻度均為噪點，進行刪除，其中，lib1＝0.8*lib'，x_max,x_min分別為搜索到的最大刻度與最小刻度的橫坐標，lib1為刻度距離下限，lib'為剪切后重新計算的平均刻度距離；若df＜lib1db＞lib1，則進一步進行如下判斷：若||da-lib'||＞||db-lib'||，則認為當前刻度的前一個刻度是噪點，進行刪除，若||da-lib'||＜||db-lib'||，則認為當前刻度是噪點，進行刪除，若||da-lib'||＝||db-lib'||，則認為當前刻度的前一個刻度與當前刻度均不為噪點，其中，da為df的前一個刻度段的距離；

(9)根據指針的角度得到指針在目標矩形刻度圖中的橫坐標，進而計算表盤的讀數，其中，由jg＝(i+bi+1)*Units得到表盤的讀數jg，其中，bi＝(xl'-x[i])/(x[i+1]-x[i]+1)，xl'表示指針的橫坐標，x[i]表示第i個刻度的橫坐標，x[i+1]表示第i+1個刻度的橫坐標，i表示指針左端刻度的序號，bi表示指針所在的位置xl'與第i個刻度之間的距離占第i個刻度段距離的百分比，Units表示單位刻度代表的數值。