[發明專利]復雜環境下儀表視覺讀數在線監測系統的抗干擾方法

有效

• 申請號: 202011216139.1
• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN112381848B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 伍家成;林鵬
• 申請（專利權）人: 浙江大學臺州研究院
• 主分類號: G06T7/13
• 分類號: G06T7/13;G06T7/62;G06V10/44
• 代理公司: 杭州天昊專利代理事務所(特殊普通合伙) 33283
• 代理人: 董世博

1.一種復雜環境下儀表視覺讀數在線監測系統的抗干擾方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，收到傳感器返回的圖像數據，對圖像進行預處理，得到需要的灰度圖；

步驟2，使用canny算子對圖像邊緣進行提取，得到邊緣圖像；

步驟3，使用霍夫變換對圖像特征進行檢測，分別提取目標圖像中代表表盤的圓形和代表指針的直線，得到所有的圓形邊緣和直線邊緣數據；

步驟4，篩選圓形邊緣，得到代表表盤的目標圓形邊緣；

步驟5，篩選直線邊緣，得到代表指針的目標直線邊緣，檢測代表指針的直線具體為：

1)使用概率霍夫變換檢測目標邊緣圖像中所有圓形，精度1像素，角精度PI/180，閾值0.5R，R為表盤半徑，碎線段拼接最大間隔值5像素；

2)篩選其中的指針線，篩選規則：

a.線段起點終點位于表盤圓內；

b.線段延長線與表盤圓心距離L0.1R；

c.

3)使用均方差法對獲取的線段斜率進行二次篩選，去除噪點線段；

4)記錄獲取到的指針線段；

5)如果沒能成功檢測到指針，則記錄所有數據和圖像，保存至數據庫，以供算法進一步完善；

步驟6，截取指針周圍圖像，得到指針周圍區域圖像，其中截取指針周圍圖像具體為：

當檢測系統成功讀取到目標儀表盤讀數之后會產生以 下數據：

目標表盤中心坐標(X,Y)；

目標表盤半徑R；

目標指針斜率K；

目標指針長度L；

然后以目標指針為基準，截取一段長為L，寬為方向為K的長方形區域；

步驟7，對比指針區域面積和灰度直方圖分布特征，判斷有無陰影干擾，得到陰影檢測結果，其中對比指針區域面積和灰度直方圖分布特征，判斷有無陰影干擾具體為：

計算該圖像灰度直方圖其中n為像素總數，n_k為灰度級S_k的像素個數對灰度直方圖進行處理，使用濾波進行平滑，之后繪制指定精度逼近多邊形曲線，然后對曲線進行凹凸檢測，獲取灰度直方圖的波峰和波谷；

通過面積標定法和色彩標定法來確定指針所代表的灰度值對應的波峰位置，

所述面積標定法具體為：檢測的目標表盤為固定表盤，所以系統可以非常精確地得知目標表盤指針所占的面積以及背景各個方向截取圖標的背景標記所占的面積，然后根據前面檢測到的表盤半徑和對應實際半徑可以計算出實際面積和圖像像素面積的換算比例，設對應截取的區域指針面積+背景標記面積對應的像素面積為S_m，圖像的累積直方圖L₀為波谷或者0，L₁為下一個波谷，如果是最后一個波谷則L₁＝255，當S_m＝CDF(S_k)時，取波峰該波峰就是圖像內指針所代表的灰度值對應的波峰；

步驟8，去除陰影部分的干擾，得到無陰影干擾的圖像；

采用雙峰聚攏法過濾陰影，具體為：

設l₀代表陰影區域的前波谷，l₁代表陰影區域的后波谷，設L₀代表背景區域的前波谷，L₁代表背景區域的后波谷，

計算陰影區域的局部直方其中n為的像素總數，n_k為灰度級S_k的像素個數，替換目標像素灰度值將陰影區域的灰度值波峰以二階函數縮放，使整體波峰向背景區域聚攏，同時用同樣的算法將背景區域波峰向陰影區域聚攏，平滑陰影和背景區域色差，達到消除陰影的目的；

步驟1中對圖像進行預處理包括灰度化和非線性動態范圍調整操作，具體地，

1)灰度化

使用公式對圖像進行灰度化操作，其中g(i,j)為(i,j)點的灰度，R(i,j)為(i,j)點的紅(red)，G(i,j)為(i,j)點的綠(green)，B(i,j)為(i,j)點的藍(blue)；

2)非線性動態范圍 調整

使用公式g(i,j)＝c*lg(1+f(i,j))對灰度圖進行處理，其中原圖像灰度為f(i,j),處理后圖像為g(i,j)，c為增益常數，根 據圖像整體亮度取值；

步驟4中檢測代表表盤的圓形具體為：

1)使用概率霍夫變換檢測目標邊緣圖像中所有圓形；

2)取其中半徑最大的圓形C_m，該圓半徑為R_m；

3)獲取所有圓心與C_m相差0.05R_m并且半徑0.5R_m的圓的集合；

4)取其中半徑最小的圓，該圓定義為目標表盤所代表的圓，該圓半徑R為表盤內徑；

5)如果沒能成功檢測到表盤，則記錄所有數據和圖像，保存至數據庫，以供算法進一步完善。