[發(fā)明專利]一種用于計量儀表機械表盤的數(shù)字自動識別抄表方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711158698.X
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN107808159B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 石愛國;何云;康惠海;楊宇翔
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州先鋒電子技術(shù)股份有限公司
• 主分類號: G06K9/34
• 分類號: G06K9/34;G06K9/38;G06K9/40
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1.一種用于計量儀表機械表盤的數(shù)字自動識別抄表方法，其特征在于：先對原始圖像進行反二值化處理，然后進行列投影和行投影獲得數(shù)字區(qū)域定位框，接著對數(shù)字區(qū)域定位框中的圖像進行列投影和行投影，找到第一個數(shù)字的中心坐標(biāo)，進而確定其上下左右邊緣的邊界，分割出第一個數(shù)字的粗定位框，然后通過計算分割出其他位數(shù)字的粗定位框，對每一個粗定位框中的圖像通過自適應(yīng)閾值算法進行二值化，然后通過行投影和列投影確定出每一個數(shù)字的細定位框，接著將細定位框中的數(shù)字通過模板匹配算法進行比對，確定出對應(yīng)的數(shù)字，最后通過形態(tài)學(xué)比對算法進一步提高比對的準(zhǔn)確性；

所述抄表方法的具體步驟如下：

步驟(1)：從攝像頭獲取計量儀表機械表盤當(dāng)前幀圖像B通道數(shù)據(jù)，記為f(x₀,y₀)，采集到的圖像分辨率大小為M×N，M和N均為正整數(shù)，x₀,y₀表示該圖像的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)且均為正整數(shù)，按如下方式對表盤圖像做反二值化處理：

其中η為二值化閾值,正整數(shù)；

步驟(2)：對表盤的數(shù)字區(qū)域進行自動粗定位：

(a₂)按如下方式對反二值化圖像f(x₀,y₀)作X軸方向投影累加，累加和記為B(x₀)：

然后將x₀從1增加到M，當(dāng)出現(xiàn)B(x₀)大于閾值η₁時，當(dāng)前x₀記為數(shù)字區(qū)域的左邊緣l₁；將x₀從M減小到1，當(dāng)出現(xiàn)B(x₀)大于閾值η₂時，當(dāng)前x₀記為數(shù)字區(qū)域的右邊緣r₁；數(shù)字區(qū)域?qū)挾葁₁＝r₁-l₁+1；

(b₂)按如下方式對反二值化圖像f(x₀,y₀)作Y軸方向投影累加，累加和記為B(y₀)：

然后將y₀從1增加到N，當(dāng)出現(xiàn)B(y₀)大于閾值η₃時，當(dāng)前y₀記為數(shù)字區(qū)域的上邊緣t₁；將y₀從N減小到1，當(dāng)出現(xiàn)B(y₀)大于閾值η₄時，當(dāng)前y₀記為數(shù)字區(qū)域的下邊緣b₁；數(shù)字區(qū)域高度h₁＝b₁-t₁+1；

(c₂)提取出粗定位部分圖像數(shù)據(jù)R(x₁,y₁)，其中x₁、y₁分別表示粗定位部分圖像橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)：

步驟(3)：對粗定位部分圖像進行數(shù)字字符分割：

(a₃)按如下方式對圖像R(x₁,y₁)做二值化處理：

β為正整數(shù)

(b₃)按如下方式對二值化圖像R(x₁,y₁)作X軸方向投影累加，累加和記為W₁(x₁)：

每三列相加得到一個累加和，記為T₁(x₁)：

T₁(x₁)＝W₁(x₁)+W₁(x₁+1)+W₁(x₁+2),1≤x₁≤w₁-3

然后將x₁從1增加到w₁-3，當(dāng)出現(xiàn)T₁(x₁)大于閾值β₁時，當(dāng)前x₁記為第一個數(shù)字的左邊緣l₂；將x₁從l₂增加到w₁-3，當(dāng)出現(xiàn)T₁(x₁)小于閾值β₁時，當(dāng)前x₁記為第一個數(shù)字的右邊緣r₂；第一個數(shù)字X軸中心坐標(biāo)NCx₁＝(l₂+r₂)/2，粗定位左邊緣NL₁＝NCx₁-NW/2,粗定位右邊緣NR₁＝NCx₁+NW/2；

其中NW為數(shù)字粗定位框?qū)挾龋?/p>

(c₃)按如下方式對二值化圖像R(x₁,y₁)作Y軸方向投影累加，累加和記為W₂(y₁)：

每三列相加得到一個累加和，記為T₂(y₁)：

T₂(y₁)＝W₂(y₁)+W₂(y₁+1)+W₂(y₁+2),1≤y₁≤h₁-3

然后將y₁從h₁/2增加到h₁-3，當(dāng)出現(xiàn)T₂(y₁)小于閾值β₂時，當(dāng)前y₁記為第一個數(shù)字的下邊緣b₂；將y₁從h₁/2減小到1，當(dāng)出現(xiàn)T₂(y₁)小于閾值β₂時，當(dāng)前y₁記為第一個數(shù)字的上邊緣t₂；第一個數(shù)字Y軸中心坐標(biāo)NCy₁＝(t₂+b₂)/2，粗定位上邊緣NT₁＝NCy₁-NH/2,粗定位下邊緣NB₁＝NCy₁+NH/2；

其中NH為數(shù)字粗定位框高度；

(d₃)按照如下方式計算其余n-1個數(shù)字的上下左右邊緣坐標(biāo)，n＞1且為正整數(shù)：

NTn＝NT₁；

NBn＝NB₁；

NLn＝NL₁+(n-1)*D；

NRn＝NR₁+(n-1)*D；

其中NLn表示第n位數(shù)字粗定位左邊緣，NRn表示第n位數(shù)字粗定位右邊緣，NTn表示第n位數(shù)字粗定位上邊緣，NBn表示第n位數(shù)字粗定位下邊緣，D表示每個數(shù)字字符的間隔；

步驟(4)：對數(shù)字字符進行自適應(yīng)閾值二值化處理：

對每一個粗定位框中的數(shù)字字符進行行均值濾波，每一行的閾值：

Thr＝max{Thr(m)},m∈{1,2,…h(huán)₁}

其中G(x₂,y₂)表示一個數(shù)字字符粗定位框中的B通道圖像數(shù)據(jù),x₂表示橫坐標(biāo)，y₂表示縱坐標(biāo)，Thr(m)表示第m行閾值，Thr表示最終選定的閾值，然后對粗定位框中的數(shù)字字符進行二值化：

步驟(5)：對粗定位框內(nèi)的數(shù)字字符進行細定位：

(a₅)按如下方式對二值化后的圖像G(x₂,y₂)作X軸方向投影累加，累加和記為W₃(x₂)：

每三列相加得到一個累加和，記為T₃(x₂)：

T₃(x₂)＝W₃(x₂)+W₃(x₂+1)+W₃(x₂+2),1≤x₂≤NW-3

然后將x₂從1增加到NW-3，當(dāng)出現(xiàn)T₃(x₂)大于閾值χ₁時，當(dāng)前x₂記為數(shù)字的左邊緣l；將x₂從l增加到NW-3，當(dāng)出現(xiàn)T₃(x₂)小于閾值χ₂時，當(dāng)前x₂記為數(shù)字的右邊緣r；則當(dāng)前數(shù)字X軸中心坐標(biāo)NCx＝(l+r)/2，細定位左邊緣NL＝NCx-nw/2,細定位右邊緣NR＝NCx+nw/2；

其中nw為數(shù)字的細定位框?qū)挾龋?/p>

(b₅)按如下方式對二值化后的圖像G(x₂,y₂)作Y軸方向投影累加，累加和記為W₄(y₂)：

每三列相加得到一個累加和，記為T₄(y₂)：

T₄(y₂)＝W₄(y₂)+W₄(y₂+1)+W₄(y₂+2),1≤y₂≤NH-3

然后將y₂從NH/2增加到NH-3，當(dāng)出現(xiàn)T₄(y₂)小于閾值χ₃時，當(dāng)前y₂記為數(shù)字的下邊緣b；將y₂從NH/2減小到1，當(dāng)出現(xiàn)T₄(y₂)小于閾值χ₄時，當(dāng)前y₂記為數(shù)字的上邊緣t；則當(dāng)前數(shù)字Y軸中心坐標(biāo)NCy＝(t+b)/2，細定位上邊緣NT＝NCy-nh/2,細定位下邊緣NB＝NCy+nh/2；

其中nh為數(shù)字的細定位框高度；

(c₅)按如下方式提取出細定位框內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)，記為K(x₃,y₃)，其中x₃表示橫坐標(biāo)，y₃表示縱坐標(biāo)：

步驟(6)：檢測細定位框中的數(shù)字左右偏移量：

(a₆)按如下方式對細定位框中左側(cè)3列作X軸方向投影累加，累加和記為L(x₃)：

然后將x₃從1增加到3，如果L(x₃)≤δ，則認為該列全為黑色，統(tǒng)計3列中全為黑色的列數(shù)，記作BL，BL為負整數(shù)；

(b₆)按如下方式對細定位框中右側(cè)3列作X軸方向投影累加，累加和記為R(x₃)：

然后將x₃從nw-2增加到nw，如果R(x₃)≤δ，則認為該列全為黑色，統(tǒng)計3列中全為黑色的列數(shù)，記作BR，BR為正整數(shù)；

(c₆)比較左右偏移量BL和BR，取偏移量絕對值最大的作為數(shù)字的最終偏移量MX；

步驟(7)：將細定位框中的數(shù)字與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字模板進行比對：

(a₇)按如下方式計算數(shù)字與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字模板中的10個數(shù)字的匹配率：MDnum(x₃,y₃)＝|K(x₃,y₃)-Tnum(x₃+MX,y₃)|,0≤num≤9

其中MDnum(x₃,y₃)表示對應(yīng)數(shù)字num的匹配率，Tnum(x₃,y₃)表示數(shù)字num的標(biāo)準(zhǔn)模板，然后求出10個匹配率中的最小值，記作該數(shù)字的匹配度MR₀，對應(yīng)的num即為該匹配度所對應(yīng)的識別結(jié)果；

(b₇)為了提高數(shù)字匹配的準(zhǔn)確率，將標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字模板上下移動3個像素，重復(fù)(a₇)操作，記下該數(shù)字的匹配度MR₁，MR₂，MR₃，MR₄，MR₅，MR₆；然后求出這個7個匹配度中的最小值，對應(yīng)的num即為所要識別的數(shù)字結(jié)果；

步驟(8)：對形態(tài)相近的數(shù)字0，6，8，9再次進行檢測：

(a₈)按如下方式統(tǒng)計細定位框內(nèi)每行黑色像素點總個數(shù)：

將x₃從1增加到nw，如果K(x₃,m)＝0,1≤m≤nh，則第m行的黑色像素點計數(shù)變量Btotal[m]加1；

(b₈)按如下方式統(tǒng)計細定位框內(nèi)每一行中白色像素點左側(cè)的黑色像素點個數(shù)：

將x₃從1增加到nw，如果K(x₃,m)＝0,1≤m≤nh，則第m行的左側(cè)黑色像素點計數(shù)變量Bleft[m]加1，一旦K(x₃,m)＝255,1≤m≤nh則停止計數(shù)；

(c₈)按如下方式統(tǒng)計細定位框內(nèi)每一行中白色像素點右側(cè)的黑色像素點個數(shù)：

將x₃從nw減小到1，如果K(x₃,m)＝0,1≤m≤nh，則第m行的右側(cè)黑色像素點計數(shù)變量Bright[m]加1，一旦K(x₃,m)＝255,1≤m≤nh則停止計數(shù)；

(d₈)按如下方式統(tǒng)計細定位框內(nèi)每一行中連續(xù)白色像素點出現(xiàn)的次數(shù)，連續(xù)出現(xiàn)兩個及以上算一次：

將x₃從1增加到nw-2，如果K(x₃,m)＝255，K(x₃+1,m)＝255，K(x₃+2,m)＝255，1≤m≤nh，則第m行的連續(xù)白色像素出現(xiàn)次數(shù)計數(shù)變量Wcnt[m]加1，然后繼續(xù)增加x₃，檢測到第一個黑色像素點后，重新進行上述操作，直到x₃增加到nw-2；

(e₈)按如下方式統(tǒng)計每行白色像素點之間的黑色像素點個數(shù)：

(f₈)按如下方式檢測數(shù)字是6或9：

首先去除細定位框中數(shù)字上邊緣的噪聲干擾，即檢測是否僅中間存在幾個白色像素點，將m從1增加到4，如果Bcent[m]＝0并且Wcnt[m]＝1則繼續(xù)增加m，直到m大于4，則進行如下操作：

其中res表示最終檢測結(jié)果，一旦符合條件則直接返回結(jié)果；

(g₈)按如下方式檢測數(shù)字是0或8：

將y₃從1增加到nh,找到第一個使Wcnt[m]＝2的y₃記作y₃₁，然后從y₃₁增加到nh，找到第一個使Wcnt[m]≠2的y₃₂，則：

其中res表示最終檢測結(jié)果，一旦符合條件則直接返回結(jié)果；

對每一個粗定位框中的待檢測字符重復(fù)步驟(4)、步驟(5)、步驟(6)、步驟(7)、步驟(8)，即可得到計量儀表機械表盤上n位數(shù)字的最終識別結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于計量儀表機械表盤的數(shù)字自動識別抄表方法，其特征在于所述步驟(7)中所述的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字模板能夠通過步驟(1)-步驟(5)獲得，即對每一位數(shù)字輪盤上的每一個數(shù)字重復(fù)步驟(1)-步驟(5)，將其對應(yīng)數(shù)字的K(x₃,y₃)作為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字模板。