[發(fā)明專利]基于模版匹配的指針式儀表多情況自動化讀數(shù)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911043306.4
• 申請日: 2019-10-30
• 公開（公告）號: CN110852213A
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 侯春萍;許世盾;王致芃;李北辰;曹凱鑫;田海瑞;王霄聰
• 申請（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/46;G06K9/62
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 程毓英

1.一種基于模版匹配的指針式儀表多情況自動化讀數(shù)方法，包括下列步驟：

第一步，基于角點匹配與透視變換的表盤姿態(tài)矯正

(1)分別計算事先獲取的高分辨率正視圖表盤圖像與待測圖像的SIFT特征點；

(2)采用最近鄰算法(NNDR)匹配模版圖與待測圖特征點對，篩選閾值設(shè)定為0.8；

(3)使用RANSAC算法篩選錯誤匹配點,得到最佳匹配點對；

(4)根據(jù)匹配點對計算透視變換矩陣H；

(5)對待測圖像進(jìn)行透視變換逆變換，變換輸出尺寸等于模版圖尺寸，得到姿態(tài)矯正后的待測圖像；

(6)對上一步操作輸出圖像進(jìn)行形態(tài)學(xué)處理的開操作，開操作核大小為3*3，去除表盤圖像中文字信息影響。

第二步，基于兩步法的模板匹配定位指針中心

(1)計算指針模版的Hu矩特征向量；

(2)指針模版在待測圖像中從左到右從上到下滑動搜索指針?biāo)趨^(qū)域，計算指針模版覆蓋區(qū)域待測圖像子圖的Hu矩特征向量；

(3)計算每個搜索到的待測圖像子圖Hu矩特征向量與指針模版Hu特征向量的歐氏距離相似度，當(dāng)相似度高于某一閾值，此區(qū)域被選為指針定位候選區(qū)域；

(4)在指針定位候選區(qū)域中，以區(qū)域內(nèi)每個點為中心計算指針模版大小范圍內(nèi)待測圖像子圖的改進(jìn)后的圓投影向量，改進(jìn)后的圓投影向量計算步驟如下：

(a)定義待測圖像子圖為T(x,y)，大小為N*N；子圖的中心坐標(biāo)為(x_c,y_c)，以此為中心將直角坐標(biāo)系的子圖轉(zhuǎn)換到極坐標(biāo)系,x＝r cosθ，y＝r sinθ,其中r為子圖上像素點到子圖中心的距離r∈[0,R],R＝N/2，θ為自變量，θ∈(0,2π]；

(b)計算待測圖像子圖的圓投影向量CPT，即其中S_r為子圖上半徑為r的圓上的像素個數(shù)；

(c)改進(jìn)的圓投影向量計算：對圓投影向量P_T(r)做離散傅里葉變換得到改進(jìn)的圓投影向量舍棄傅里葉變換結(jié)果的直流分量，即k的取值為1到6；

(5)計算各個子圖改進(jìn)后的圓投影向量與指針模板改進(jìn)后的圓投影向量的余弦相似度，當(dāng)余弦相似度高于0.98時，對應(yīng)的點被列入指針中心定位候選點序列；

(6)計算以上述指針中心定位候選點序列的點為中心的各個待測圖像子圖區(qū)域的Zernike矩特征向量；

(7)計算各個子圖的Zernike矩特征向量與指針模版圖Zernike矩特征向量的余弦相似度，取余弦相似度最高的子圖位置作為最終指針中心定位結(jié)果；

第三步，基于Zernike圖像矩的指針旋轉(zhuǎn)角度估計

(1)分別計算指針模版與指針中心定位區(qū)域的Zernike矩的相位角；

(2)根據(jù)指針模版與指針中心定位區(qū)域的相位差α來旋轉(zhuǎn)指針模版圖像,得到兩張旋轉(zhuǎn)角度分別為α與α+π的指針圖像；

(3)分別計算指針圖像與指針模版圖像的相似度(MSE),經(jīng)過判斷得到待測圖像的指針真實旋轉(zhuǎn)角度；

(4)將指針真實旋轉(zhuǎn)角度利用角度法計算得到指針式儀表讀數(shù)。