一种基于机器视觉的指针式仪表识别方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107038447A(43)申请公布日2017.08.11(21)申请号201710279811.3G06F17/30(2006.01)(22)申请日2017.04.26(71)申请人大连理工大学地址124221辽宁省盘锦市辽东湾新区大工路2号(72)发明人陈颢天王炳森赵炳昊唐达曾岑岳前进冯帆尹超群周佳杨志向李奇蓬(74)专利代理机构大连理工大学专利中心21200代理人李晓亮赵连明(51)Int.Cl.G06K9/34(2006.01)G06K9/46(2006.01)G06K9/62(2006.01)权利要求书2页说明书3页(54)发明名称一种基于机器视觉的指针式仪表识别方法(57)摘要本发明提供一种基于机器视觉的指针式仪表识别方法，包括：1)原始图像采集并上传；2)对图像信息进行预处理得到二值化图像；3)刻度轮廓的提取，刻度圆拟合与展开，得到特殊点位置；4)提取指针，获得指针轮廓；5)指针细化；6)确定基准点；7)拟合指针直线段；8)读数读取；9)设计仪表数据的数据库表。本发明利用机器视觉技术替代人工读取指针式仪表的示数读取，通过对仪表图像的一系列图像处理和计算，较为准确的读取仪表的示数，实现仪表示数读取的自动化，具有准确率高，效率高，以及普适的特点。CN107038447ACN107038447A权利要求书1/2页1.一种基于机器视觉的指针式仪表识别方法，其特征在于以下步骤：步骤一，图像采集摄像头采集指针式仪表表盘的图像信息，并将图像信息作为源图像上传至PC机；步骤二，对图像信息进行预处理得到二值化图像采用线性灰度变换函数对图像进行灰度化处理，采用梯度法锐化灰度图像，并选用OTSU类间方差算法得出阈值，进行图像分割；采用先腐蚀和后膨胀的方法去除图像中无效信息，得到二值化图像；步骤三，提取刻度轮廓，拟合、展开刻度圆，得到特殊点位置采用聚类方法在二值化图像中提取仪表刻度轮廓，从形状、大小、邻近位置和历史灰度值四个方面表示刻度轮廓的属性；其中，形状用来描述刻度轮廓的外形；根据刻度轮廓空间排列的特点，采用邻近位置的特性描述刻度轮廓，进一步缩小刻度轮廓的范围；将轮廓的灰度值作为最终的属性参加轮廓聚类，排除非刻度轮廓，得到刻度轮廓；通过刻度轮廓求得刻度轮廓质心，利用最小二乘法将刻度轮廓质心拟合圆，得到刻度圆心坐标和半径，采用快速还原算法展开刻度圆；利用线性关系求得由于指针末端的干扰而发生偏移的特殊点位置；步骤四，提取指针刻度圆拟合完毕后，提取圆心坐标以及半径的数值；通过比较所有轮廓大小，选取轮廓最大的作为指针区域；为消除指针运行过程中仪表盘上字符的干扰，以刻度拟合圆心为圆心的圆环上截取最大轮廓的一段范围，截取长度为刻度圆半径的二分之一；所述的最大轮廓为指针与字符的总轮廓；步骤五，指针细化在步骤三轮廓提取中能够同步得到指针轮廓；若仪表指针经过刻度圆的圆心，最终拟合得到的代表指针的直线同样过刻度圆心，将该条件与修改后的最小距离法拟合直线方程联立，保证指针轮廓各点到直线距离之和最小；若仪表指针不经过刻度圆的圆心，依据最小距离法拟合直线方程；步骤六，确定基准点提取第三步参加轮廓聚类中的大刻度类轮廓并得出各自质心，分别作质心关于圆心的对称点，并计算对称点与其他大刻度质心距离中的最短距离，最短距离最大的质心则为定位所得的基准点，基准点与圆心间的连线为基准线；与基准点相距最近两质心分别为0刻度质心和最大刻度质心；以0刻度质心与圆心连线作为0度基准线，以最大刻度质心与圆心连线作为最大刻度基准线；步骤七，拟合指针直线段根据拟合的圆方程和指针细化的直线方程求出两个交点，并提取位于指针所指方向上的一个交点；基准线将表盘分为两个半圆：0刻度所在半圆与最大刻度所在半圆，此时依据步骤三中求得的特殊点位置判断指针所指点是否超过量程的一半，若超过则提取位于最大刻度所在半圆内的交点，未超过则提取位于0刻度所在半圆内的交点；圆心与提取出交点的连线方向即为指针所指方向；步骤八，读数读取指针正方向与圆交点坐标为(x,y),连接交点与圆心，该线段与0度基准线之间夹角作2CN107038447A权利要求书2/2页为倾斜角α，确定半径R的条件下，则能够得知指针顺时针划过的弧长l为：计算0度基准线与最大刻度基准线所夹弧长，选取较大的弧长作为总量程，通过l与总量程的比值并结合仪表实际分度值得出最终读数；步骤九，设计仪表数据的数据库表设计仪表数据库表，存储仪表数据便于查询，并利用MSSQL数据库管理系统管理表格数据，把实时获取的仪表数据按照仪表种类和时间作为历史数据保存，便于管理人员对数据进行分析。3CN107038447A说明书1/3页一种基于机器视觉的指针式仪表识别方法技术领域[0001]本发明涉及一种