[發(fā)明專利]一種指針式儀表讀數(shù)識(shí)別方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710733226.6
• 申請(qǐng)日: 2017-08-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107609557B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓守東;夏鑫鑫;馮知坤;劉昱均
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/34
• 分類號(hào): G06K9/34;G06T7/66
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;李智

1.一種指針式儀表讀書(shū)識(shí)別方法，其特征在于，包括：

(1)對(duì)待識(shí)別儀表圖像進(jìn)行定位并提取表盤(pán)，同時(shí)采用仿射變換的方式矯正表盤(pán)得到矯正后的表盤(pán)圖像；

(2)對(duì)矯正后的表盤(pán)圖像進(jìn)行霍夫圓檢測(cè)，得到表盤(pán)的預(yù)測(cè)圓心和預(yù)測(cè)半徑，同時(shí)利用矯正后的表盤(pán)圖像的中心對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證；其中，由對(duì)預(yù)測(cè)圓心進(jìn)行驗(yàn)證，(x_h,y_h)表示圓檢測(cè)得到的預(yù)測(cè)圓心，(x_c,y_c)表示矯正后的表盤(pán)圖像的中心，W表示矯正后的表盤(pán)圖像的寬度，H表示矯正后的表盤(pán)圖像的高度；由對(duì)預(yù)測(cè)半徑進(jìn)行驗(yàn)證，r表示預(yù)測(cè)半徑，l表示矯正后的表盤(pán)圖像邊長(zhǎng)較短的一邊；

(3)對(duì)矯正后的表盤(pán)圖像采用霍夫直線檢測(cè)的方式檢測(cè)指針，并檢測(cè)出指針的角度；具體的，對(duì)矯正后的表盤(pán)圖像進(jìn)行二值化處理得到二值化圖像，對(duì)二值化圖像進(jìn)行細(xì)化處理，對(duì)細(xì)化處理后的圖像進(jìn)行Hough直線檢測(cè)；對(duì)于由Hough直線檢測(cè)篩選出的直線，由做進(jìn)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(pán)圖像的寬度，H表示矯正后的表盤(pán)圖像的高度，theta表示檢測(cè)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(jìn)一步篩選中沒(méi)有符合要求的直線，則認(rèn)為指針直線的參數(shù)b和theta為默認(rèn)值0；

(4)基于表盤(pán)上刻度連通域的特征，將二值化圖像進(jìn)行4連通域標(biāo)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(pán)圖像的寬度，H表示矯正后的表盤(pán)圖像的高度，len表示連通域中像素的個(gè)數(shù)，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(duì)篩選出的連通域分別進(jìn)行線性擬合得到各連通域?qū)?yīng)的擬合直線，并求取擬合直線的交點(diǎn)作為待選圓心，根據(jù)指針的角度和預(yù)測(cè)圓心，由對(duì)待選圓心進(jìn)行篩選得到篩選后的交點(diǎn)，其中，(x,y)表示待選圓心，(x_c,y_c)表示矯正后的表盤(pán)圖像的中心，(x_point1,y_point1)表示模板仿射點(diǎn)中的最小刻度點(diǎn)，(x_point3,y_point3)表示模板仿射點(diǎn)中的最大刻度點(diǎn)，y_point2表示模板仿射點(diǎn)中的中間刻度點(diǎn)的縱坐標(biāo)，計(jì)算篩選后的交點(diǎn)的平均值得到均值圓心，分別計(jì)算均值圓心與預(yù)測(cè)圓心到指針直線的距離，將距離較小的點(diǎn)作為表盤(pán)的圓心，確定表盤(pán)的圓心；

(5)根據(jù)圓心到各擬合直線的距離篩選出滿足預(yù)設(shè)要求的目標(biāo)擬合直線，計(jì)算目標(biāo)擬合直線對(duì)應(yīng)連通域的質(zhì)心，通過(guò)冒泡法對(duì)各質(zhì)心到圓心的距離進(jìn)行排序，尋找距離差小于第一預(yù)設(shè)閾值的最大距離和最小距離，并由對(duì)最大距離與最小距離之間的距離平均值R進(jìn)行驗(yàn)證，其中，R_h表示預(yù)測(cè)半徑，若驗(yàn)證通過(guò)，則將距離平均值作為表盤(pán)的半徑；

(6)根據(jù)表盤(pán)的圓心和半徑得到表盤(pán)的圓弧刻度圖，通過(guò)坐標(biāo)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(biāo)(x,y)在矩形刻度圖中對(duì)應(yīng)的點(diǎn)是(x₁,y₁)，(x₀,y₀)表示圓心坐標(biāo)，R表示表盤(pán)的半徑；

(7)根據(jù)模板仿射點(diǎn)，檢測(cè)并定位到矩形刻度圖的最小刻度與最大刻度，根據(jù)最小刻度與最大刻度對(duì)矩形刻度圖進(jìn)行剪切，并根據(jù)刻度連通域質(zhì)心的橫坐標(biāo)，對(duì)剪切后的矩形刻度圖進(jìn)行還原重建；其中，將矩形刻度圖進(jìn)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(diǎn)的橫坐標(biāo)，根據(jù)預(yù)設(shè)搜索條件在模板仿射點(diǎn)的預(yù)設(shè)搜索范圍內(nèi)進(jìn)行最小刻度與最大刻度的搜索，其中，預(yù)設(shè)搜索條件為：在預(yù)設(shè)搜索范圍內(nèi)遍歷每一列像素，若某一列連續(xù)白色像素點(diǎn)個(gè)數(shù)超過(guò)第二預(yù)設(shè)閾值，則認(rèn)為該列是最小刻度或者最大刻度；預(yù)設(shè)搜索范圍為：以模板仿射點(diǎn)的橫坐標(biāo)為中心，向左右兩端各擴(kuò)展的m個(gè)刻度長(zhǎng)度，其中，單位刻度長(zhǎng)度為：Range為刻度個(gè)數(shù)；若未搜索到有效的最小刻度與最大刻度，則將模板仿射點(diǎn)中的最小刻度點(diǎn)作為矩形刻度圖的最小刻度，將模板仿射點(diǎn)中的最大刻度點(diǎn)作為矩形刻度圖的最大刻度；

(8)根據(jù)刻度連通域質(zhì)心的橫坐標(biāo)的分布對(duì)還原重建后的矩形刻度圖進(jìn)行噪點(diǎn)去除，根據(jù)刻度段的平均距離，對(duì)噪點(diǎn)去除后的矩形刻度圖進(jìn)行刻度的插入得到目標(biāo)矩形刻度圖；其中，所述根據(jù)刻度連通域質(zhì)心的橫坐標(biāo)的分布對(duì)還原重建后的矩形刻度圖進(jìn)行噪點(diǎn)去除，具體為：計(jì)算當(dāng)前刻度與前一個(gè)刻度的距離df以及當(dāng)前刻度和后一個(gè)刻度的距離db；若df＜lib1db＜lib1，則認(rèn)為當(dāng)前刻度的前一個(gè)刻度和后一個(gè)刻度均為噪點(diǎn)，進(jìn)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(biāo)，lib1為刻度距離下限，lib'為剪切后重新計(jì)算的平均刻度距離；若df＜lib1db＞lib1，則進(jìn)一步進(jìn)行如下判斷：若||da-lib'||＞||db-lib'||，則認(rèn)為當(dāng)前刻度的前一個(gè)刻度是噪點(diǎn)，進(jìn)行刪除，若||da-lib'||＜||db-lib'||，則認(rèn)為當(dāng)前刻度是噪點(diǎn)，進(jìn)行刪除，若||da-lib'||＝||db-lib'||，則認(rèn)為當(dāng)前刻度的前一個(gè)刻度與當(dāng)前刻度均不為噪點(diǎn)，其中，da為df的前一個(gè)刻度段的距離；

(9)根據(jù)指針的角度得到指針在目標(biāo)矩形刻度圖中的橫坐標(biāo)，進(jìn)而計(jì)算表盤(pán)的讀數(shù)，其中，由jg＝(i+bi+1)*Units得到表盤(pán)的讀數(shù)jg，其中，bi＝(xl'-x[i])/(x[i+1]-x[i]+1)，xl'表示指針的橫坐標(biāo)，x[i]表示第i個(gè)刻度的橫坐標(biāo)，x[i+1]表示第i+1個(gè)刻度的橫坐標(biāo)，i表示指針左端刻度的序號(hào)，bi表示指針?biāo)诘奈恢脁l'與第i個(gè)刻度之間的距離占第i個(gè)刻度段距離的百分比，Units表示單位刻度代表的數(shù)值。