[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

本發明公開一種基于梯度變換的方形指針式儀表示數識別方法，方法首先采集方形指針式儀表的表盤RGB圖像并轉成灰度圖；計算灰度圖的水平梯度和垂直梯度，得到兩個梯度變換矩陣；然后將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，并將矩陣合并；接著通過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；再然后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；最后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示數。本發明較模板匹配的方法可以提高儀表檢測的速度，并能提高示數識別的準確度。

技術領域

本發明涉及儀表示數監測技術領域，尤其涉及一種基于梯度變換的方形指針式儀表示數識別方法。

背景技術

近年來，煤炭一直是我國的主要能源及重要原材料。隨著時代的發展，煤炭行業也將迎來智能化生產和建設的大步發展。而由于自動化、智能化程度越來越高，對多種多樣的信息數據的處理成為智能化控制和無人化作業的前提條件。為了實現煤礦設備運行數據的測量、監控和采集，設備運行系統中使用了各種傳感器和攝像頭。通過這些儀器的使用，實現了井下設備的自動監控。

在井下環境中，傳統指針式儀表與數顯電子儀表相比具有防水、防塵、高精度、抗電磁干擾等諸多優點，因此常用于測量電壓、電流、氣壓、溫度等信息。方形指針式儀表的數據監控功能在煤礦生產活動中起著至關重要的作用。由于指針式儀表的機械檢測原理，無法通過數據接口傳輸信息。因此，在井下，指針式儀表的識別主要還是通過人工觀察和記錄。但井下指針式儀表數量多，安裝環境復雜，人工識別指針式儀表的工作量非常龐大。而在井下的一些危險場所，在抄表過程中，煤礦工人的生命安全受到威脅。通過工業相機代替人眼識別指針式儀表的示數，不僅節省了大量的人力，減少誤檢，提高企業的效率，還能最大程度的保護工人的生命安全，是個一舉多得的方法。

目前指針式儀表大部分采用了模板匹配和深度學習的方法進行儀表檢測。模板匹配識別速度相對較慢，并且需要搜集大量的模板，若攝像機距離儀表較近較遠導致分辨率不同，就需要不同分辨率所對應的模板，假如模板不全會導致識別結果準確度非常低，甚至識別不出；而深度學習需要大量的基礎樣本進行訓練，井下的環境無法提供大量的樣本，難以實現。

發明內容

針對上述現有技術的不足，本發明提供一種基于梯度變換的方形指針式儀表示數識別方法。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案是：一種基于梯度變換的方形指針式儀表示數識別方法，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，具體過程如下：

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。

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，具體過程如下：

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；