[發(fā)明專利]一種基于模板匹配的指針式水表自動讀數(shù)識別系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710836282.2
• 申請日: 2017-09-16
• 公開（公告）號: CN107679535B
• 公開（公告）日: 2021-02-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王衛(wèi)衛(wèi);孔勝江;王蘇平;程警偉
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué);西安諾文電子科技股份有限公司
• 主分類號: G06K9/34
• 分類號: G06K9/34;G06T7/11;G06T7/136;G06T7/187;G06T7/66
• 代理公司: 西安長和專利代理有限公司 61227
• 代理人: 黃偉洪;李霞

1.一種基于模板匹配的指針式水表自動讀數(shù)識別方法，其特征在于，所述基于模板匹配的指針式水表自動讀數(shù)識別方法將彩色水表圖像轉(zhuǎn)化成灰度圖像，并依次進(jìn)行中值濾波、灰度拉伸、色差處理、迭代二值化、腐蝕膨脹交替處理，得到指針?biāo)谶B通區(qū)域，用質(zhì)心法定位指針回轉(zhuǎn)中心；在色差變換圖像上根據(jù)指針回轉(zhuǎn)中心采用閾值法分割出指針，并對分割的指針做腐蝕膨脹交替變換得到精確的指針，用模板匹配算法得到指針讀數(shù)；進(jìn)行讀數(shù)校正，得出精準(zhǔn)的水表指針讀數(shù)；

所述基于模板匹配的指針式水表自動讀數(shù)識別方法包括以下步驟：

步驟一，對RGB格式水表源圖像I采用加權(quán)平均法灰度化；

其中，R，G，B分別為I的紅綠藍(lán)分量，g為灰度化后圖像；

步驟二，對灰度圖像g進(jìn)行中值濾波和線性灰度拉伸；

h(x,y)＝Median[T[g(x,y)]|0＜x＜N,0＜y＜N]；

其中T灰度拉伸變換函數(shù)，N為中值濾波模板大小，取奇數(shù)；

步驟三，對水表圖像h作LRCD變換；

步驟四，二值化LRCD變換后水表圖像k，并做腐蝕膨脹交替變換去除指針區(qū)域周圍的干擾，得到指針?biāo)谶B通區(qū)域；

步驟五，精確定位紅色指針回轉(zhuǎn)中心；具體步驟如下：

(1)根據(jù)步驟四，如果二值圖像bw6僅含有4個連通區(qū)域，則利用質(zhì)心法求取指針回轉(zhuǎn)中心；

其中，x_i，y_i為第i個連通域各點的坐標(biāo)向量，N_i為第i個連通域的像素總數(shù)；

(2)根據(jù)步驟四，如果二值圖像bw6僅含有3個連通區(qū)域，則計算這3個連通區(qū)域的質(zhì)心，然后用最小二乘擬合這3個質(zhì)心所在的圓心，即表盤圓心，計算3個子表盤中心的距離和表盤圓心到3個子表盤中心連線的斜率，判斷缺失的子表盤，最后確定缺失子表盤的中心；

1)計算3個連通區(qū)域的質(zhì)心，即指針回轉(zhuǎn)中心，分別記為(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，(x₃,y₃)，并據(jù)此擬合圓心，記為(x₀,y₀)，半徑為r₀；

2)計算3個子表盤中心間的距離：

3)計算表盤中心到3個子表盤中心連線的斜率：

4)判斷缺失子表盤，并擬合出缺失的指針回轉(zhuǎn)中心：

按照從上至下，從右至左的順序，將4個紅色指針依次標(biāo)號為第1、2、3和4枚紅色指針，4個紅色指針的回轉(zhuǎn)中心所在的圓心到它們的連線的斜率取值范圍分別為，[min k₁,maxk₁]、[min k₂,max k₂]、[min k₃,max k₃]和[min k₄,max k₄]，具體判斷和計算如下：

若k₁∈[min k₂,max k₂]∩k₂∈[min k₃,max k₃]∩k₃∈[min k₄,max k₄]，則判斷為第1枚紅色指針缺失，設(shè)紅色指針回轉(zhuǎn)中心為(x,y)，它的回轉(zhuǎn)中心到第2枚紅色指針回轉(zhuǎn)中心的距離取為d＝(d₁₂+d₂₃)/2，它到表盤圓心的距離為r₀，求解如下二元二次方程組：

得解為

得到所缺失的第1枚紅色指針回轉(zhuǎn)中心為(max(x_a,x_b),min(y_a,y_b))；

若k₁∈[min k₁,max k₁]∩k₂∈[min k₃,max k₃]∩k₃∈[min k₄,max k₄]，則判斷為第2枚紅色指針缺失，設(shè)紅色指針回轉(zhuǎn)中心為(x,y)，它的回轉(zhuǎn)中心到第1枚紅色指針回轉(zhuǎn)中心的距離取為d＝d₂₃，它到表盤圓心的距離為r₀，求解如下二元二次方程組：

得解為

得到所缺失的第2枚紅色指針回轉(zhuǎn)中心為(min(x_a,x_b),max(y_a,y_b))；

若k₁∈[min k₁,max k₁]∩k₂∈[min k₂,max k₂]∩k₃∈[min k₄,max k₄]，則判斷為第3枚紅色指針缺失，設(shè)紅色指針回轉(zhuǎn)中心為(x,y)，它的回轉(zhuǎn)中心到第4枚紅色指針回轉(zhuǎn)中心的距離取為d＝d₁₂，它到表盤圓心的距離為r₀，求解如下二元二次方程組：

得解為

得到所缺失的第3枚紅色指針回轉(zhuǎn)中心為(max(x_a,x_b),max(y_a,y_b))；

若k₁∈[min k₁,max k₁]∩k₂∈[min k₂,max k₂]∩k₃∈[min k₃,max k₃]，則判斷為第4枚紅色指針缺失，設(shè)紅色指針回轉(zhuǎn)中心為(x,y)，它的回轉(zhuǎn)中心到第3枚紅色指針回轉(zhuǎn)中心的距離取為d＝(d₁₂+d₂₃)/2，它到表盤圓心的距離為r₀，求解如下二元二次方程組：

得解為

得到所缺失的第4枚紅色指針回轉(zhuǎn)中心為(min(x_a,x_b),min(y_a,y_b))；

步驟六，分割出紅色指針；

步驟七，生成50幅M×M大小的模板圖像，標(biāo)號為0～49，并保存至大小為M×M×50的imgModel數(shù)組中；

步驟八，用模板匹配法識別紅色指針讀數(shù)；初始化一個累加器，紅色指針圖像ff_i(i＝1,2,3,4)與50幅模板圖像進(jìn)行逐一匹配，如果紅色指針圖像與模板圖像在相同位置處對應(yīng)的像素灰度值為0，則累加器增1，當(dāng)與全部模板圖像匹配完成后，累加器取值最大的模板就是待測指針指向的最佳匹配，記為P_ij(i＝1,2,3,4 j＝0,1,2,...,49)，則紅色指針讀數(shù)為其中10^-c(c＝1,2,3,4)為指針精度，int為下取整；

步驟九，根據(jù)指針之間的相互關(guān)聯(lián)，進(jìn)行指針讀數(shù)校正，得到精確的指針讀數(shù)，需要校正的模板為：