[發(fā)明專利]一種基于徑向灰度的指針儀表自動讀數(shù)方法

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• 申請日: 2020-08-05
• 公開（公告）號: CN111950559A
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉博文;陳春燕;黃晁;袁敏杰;潘意杰;查興興;楊子江;趙憶;胡波
• 申請（專利權(quán)）人: 寧波中國科學(xué)院信息技術(shù)應(yīng)用研究院;寧波中科集成電路設(shè)計中心有限公司
• 主分類號: G06K9/34
• 分類號: G06K9/34;G06K9/46;G06K9/62;G06N3/04
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• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明公開了一種基于徑向灰度的指針式儀表自動讀數(shù)方法。所述方法包括：構(gòu)建并訓(xùn)練表盤刻度分割卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；計算儀表的圓心和刻度半徑；表盤刻度數(shù)字定位識別；分別統(tǒng)計刻度分割圖像，刻度示數(shù)圖像和指針閾值分割圖像的半徑方向像素點灰度值總和；根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果分段計算每段刻度的分度值，完成自動讀數(shù)。本發(fā)明能適用于各類指針式儀表的讀數(shù)需求，基于徑向灰度統(tǒng)計的策略能實現(xiàn)精度高、魯棒性強的儀表自動讀數(shù)方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于工業(yè)計算機視覺領(lǐng)域，具體涉及一種基于徑向灰度統(tǒng)計的指針式儀表自動讀數(shù)方法。

背景技術(shù)

指針式儀表因為其結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉和抗電子干擾等特點，被廣泛用于生產(chǎn)生活中。但由于其數(shù)值難以通過電子式傳感器得到，許多場景如儀表質(zhì)量檢測、工廠儀表巡檢往往需要人工讀取儀表示數(shù)。然而人工儀表讀數(shù)費時費力、增加勞動成本，長時間的重復(fù)讀數(shù)容易引起視覺疲勞導(dǎo)致讀數(shù)誤差，一些工廠里頻繁的人工巡檢設(shè)備也容易增大設(shè)備和人員的安全隱患。通過機器視覺檢測的方法設(shè)計一套高精度、全自動的儀表讀數(shù)的方法能有效提高設(shè)備生產(chǎn)率、降低人工成本。

目前，大部分基于機器視覺的儀表自動讀數(shù)都是基于角度來完成的，整個步驟一般分為表盤信息提取、指針檢測和自動讀數(shù)三個步驟。表盤信息提取常見的方法有模板匹配、閾值分割和特征向量判別等方法，其中模板匹配方法只適用于確定樣式的儀表，泛化性能一般；閾值分割類方法對光照和背景的要求較高；手工設(shè)計特征算子過程復(fù)雜且依賴經(jīng)驗，這些原因使得表盤的輪廓提取、圓心定位和初始刻度檢測都將產(chǎn)生系統(tǒng)誤差并被引入后續(xù)讀數(shù)步驟。指針位置檢測常見方法有Hough直線檢測，最小二乘直線擬合等，這兩類方法需要以圖像邊緣檢測或圖像細化等預(yù)處理的結(jié)果求出指針?biāo)谥本€方程，再根據(jù)表盤圓心坐標(biāo)經(jīng)過后處理步驟計算得到指針角度。然而不同樣式的儀表所適用的直線檢測方法有差異，在多種儀表讀數(shù)的場景中，單一的直線檢測方法也會導(dǎo)致角度誤差和讀數(shù)誤差的增大。自動讀數(shù)步驟一般為計算當(dāng)前角度占量程角度的比值，再由該比值與量程相乘得到儀表讀數(shù)。現(xiàn)有的基于角度的讀數(shù)方法大都依賴精準的表盤圓心定位與指針直線檢測，對于非線性量程的和非垂直拍攝的儀表讀數(shù)效果不佳。

在此背景下，有必要提出一種對拍攝角度不敏感，泛化性能良好的指針式儀表自動讀數(shù)方法。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種基于徑向灰度統(tǒng)計的指針式儀表自動讀數(shù)方法。該方法利用改進的Unet像素分割網(wǎng)絡(luò)分割儀表圖像刻度，依據(jù)刻度確定指針儀表的圓心坐標(biāo)與半徑，再由數(shù)字檢測確定刻度數(shù)值，最后由徑向灰度統(tǒng)計準確地計算出儀表圖像的指針位置的讀數(shù)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：

步驟A、構(gòu)建改進的Unet表盤刻度線分割深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，采集儀表圖像制作數(shù)據(jù)集并訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，待處理儀表圖像輸入訓(xùn)練好的網(wǎng)絡(luò)得到刻度線分割結(jié)果；

步驟B、根據(jù)刻度分割結(jié)果計算表盤的圓心坐標(biāo)與刻度到圓心的距離；

步驟C、通過yolov3檢測表盤刻度數(shù)字類別和位置，再由mean-shift聚類方法確定刻度數(shù)字；

步驟D、分別對儀表刻度圖像、數(shù)字檢測結(jié)果圖像、指針閾值化圖像做徑向灰度統(tǒng)計，得到各自的徑向灰度統(tǒng)計直方圖；

步驟E、聯(lián)合儀表刻度、數(shù)字和指針的徑向灰度統(tǒng)計直方圖，計算指針儀表圖像讀數(shù)。

進一步地，所述步驟A具體處理過程如下：

步驟A1、獲取儀表的正面單通道圖像，分辨率歸一化到560*580，將儀表刻度所在像素標(biāo)記為255，將非儀表刻度像素標(biāo)記為0，制作儀表刻度二值圖像數(shù)據(jù)集；