[發明專利]一種基于梯度變換的方形指針式儀表示數識別方法

在審

• 申請號: 202210606324.4
• 申請日: 2022-05-31
• 公開（公告）號: CN114821044A
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 王雷;李媛媛;朱玉芹;張維娜;姜宇;李馳;趙紅菊;趙文渤;張旭
• 申請（專利權）人: 中煤科工機器人科技有限公司;中煤科工集團沈陽研究院有限公司
• 主分類號: G06V10/25
• 分類號: G06V10/25;G06V10/28;G06V10/44;G06V10/26;G06V30/146;G06V30/162;G06V30/18;G06V30/148
• 代理公司: 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109
• 代理人: 李珉

1.一種基于梯度變換的方形指針式儀表示數識別方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟1：采集方形指針式儀表的表盤RGB圖像，將圖像轉成灰度圖；根據灰度圖中儀表邊框為黑色、表盤中心為白色的特征利用水平梯度和垂直梯度的計算方式得到兩個梯度變換矩陣；

步驟2：將這兩個梯度變換矩陣經過二值化留下所有梯度變化明顯的直線，并過濾掉不滿足儀表邊緣的直線，然后將矩陣合并；

步驟3：通過Harris角點檢測定位方形儀表表盤四角坐標，通過坐標摳取儀表盤的圖像，并統一表盤圖像的大小；

步驟4：利用霍夫直線檢測的方法提取表盤圖像中的所有直線，根據表盤的特征從檢測出的直線中找出指針直線；

步驟5：根據指針直線與起點直線夾角、起點直線與終點直線夾角以及量程計算該儀表的示數。

2.根據權利要求1所述的基于梯度變換的方形指針式儀表示數識別方法，其特征在于，所述步驟1的過程如下：

步驟1.1：利用基于OpenCV的cvtcolor(COLOR_RGB2GRAY)函數將方形指針式儀表的表盤RGB圖像轉成灰度圖像；

步驟1.2：利用方形指針式儀表邊緣為黑色，表盤中央位置為白色的特征計算水平梯度和豎直梯度，得到水平梯度矩陣和豎直梯度矩陣；

步驟1.3：利用梯度的基本定義，計算圖像中的每個點在水平方向和豎直方向的方向導數，若方向導數為負數，則取相應梯度值的絕對值，若方向導數為正數，則梯度值不變。

3.根據權利要求1所述的基于梯度變換的方形指針式儀表示數識別方法，其特征在于，所述步驟2的過程如下：

步驟2.1：利用基于OpenCV的Threshold函數分別對水平梯度和垂直梯度變換矩陣進行二值化處理，將變化率小的直線過濾掉，保留梯度變化明顯的直線；

步驟2.2：利用合并n行或列以及過濾的方法對二值化后的水平梯度和垂直梯度變換矩陣進行不合理直線篩查，即刪除過短或者過長的直線，保留滿足儀表邊緣長度的直線；

步驟2.3：利用基于OpenCV的bitwise_or函數將過濾后的水平梯度變換矩陣與豎直梯度變換矩陣進行邏輯或運算，得到合并之后的矩陣，該矩陣包含儀表邊緣的水平直線和豎直直線。

4.根據權利要求1所述的基于梯度變換的方形指針式儀表示數識別方法，其特征在于，所述步驟3的過程如下：

步驟3.1：利用基于harris的compute_harris_response函數將步驟2得到的圖像進行角點檢測；

步驟3.2：利用基于harris的get_harris_points函數將角點檢測中高于閾值的4個角點坐標篩選出來；

步驟3.3：利用篩選出的4個角點坐標將儀表表盤從灰度圖像中摳出來，形成檢測后的表盤圖；

步驟3.4：利用OpenCV的resize函數將摳出來的表盤圖像統一為同一尺寸的正方形圖像。

5.根據權利要求1所述的基于梯度變換的方形指針式儀表示數識別方法，其特征在于，所述步驟4的過程如下：

步驟4.1：利用基于OpenCV的GaussianBlur、equalizeHis、threshhold、morphologyEx和resize函數對步驟3得到的統一大小后的圖像進行圖像的預處理；

步驟4.2：利用基于OpenCV的HoughLinesP函數對預處理后的圖像進行霍夫直線提取；

步驟4.3：利用表盤內部直線的特征，通過計算步驟4.2提取的直線到表盤中心點的歐式距離和計算步驟4.2提取的直線距離表盤中心點較近的端點與表盤中心點的距離，從所有直線中找到兩距離值均最小的直線，從而找出指針直線。

6.根據權利要求1所述的基于梯度變換的方形指針式儀表示數識別方法，其特征在于，所述步驟5的過程如下：

步驟5.1：利用兩條直線夾角的基本公式求出起點直線與終點直線的夾角ɑ；

步驟5.2：利用兩條直線夾角的基本公式求出指針直線與起點直線夾角β；

步驟5.3：判斷起點直線與終點直線的夾角ɑ是否為銳角，若是則儀表示數計算公式為：

否則，儀表的示數計算公式為：