数字式仪表的数字识别方法与流程

本发明涉及图像识别技术领域，尤其涉及一种数字式仪表的数字识别方法。

背景技术：

目前，已广泛利用变电站轨道机器人代替人工巡检，变电站轨道机器人可用于完成变电设备的日常巡视、红外测温、设备状态检查等工作。变电站的数字式仪表形状千差万别，各种数字式仪表的数字显示部分主要采用两种显示形式：LED七段码显示形式和LCD印刷体显示形式。由于受到光线照射以及仪器设备自身因素的影响，采用数字图象处理技术对数字式仪表的读数进行自动识别，仍面临识别率差及识别效率低等问题。

在本领域中，申请号为201410624087.X的中国专利提出了一种基于模板匹配的印刷体数字识别方法，通过将多种字体的数字模版图像导入数据库中，将归一化后的已分割数字图像进行二值化处理后，再将待识别数字图像与模版中对应的像素进行叠加计算，通过统计叠加到的计算结果进行数字识别。采用该专利技术所述的模版匹配的方法需要对分割到的字符图像进行归一化处理，不但对数字区域的分割要求高，而且增加了计算量。

申请号为CN201310209889.X的中国专利提出了一种采用两边三宽特征的数字识别方法，通过将单个字符图像归一化到合适尺寸后，通过计算字符的左包络、右包络、头宽、腰宽与脚宽等参数来进行数字识别。采用两边三宽特征进行数字识别涉及到计算参数，对单个数字字符分割的大小有一定要求，但通常不同类型的数字式仪表所 采用的印刷字体大小并不相同，因此存在适用性差的问题。

综上所述，目前在数字式仪表的数字识别技术的实际应用中，存在很多中数字识别方法，但大多数字识别的方法鲁棒性较差，只能适用于单一类型的数字仪表的读数；或者，存在运算量大识别效率低等问题。

技术实现要素：

本发明旨在解决上面描述的问题。本发明的一个目的是提供一种解决以上问题中的任何一个的一种数字式仪表的数字识别方法。具体地，本发明提供能够鲁棒性强，适用于多种类型的数字仪表的读数识别的数字识别方法。

根据本发明的第一方面，提供一种数字式仪表的数字识别方法，包括如下步骤：

对字符图像进行预处理，进行边缘切割后获取单字符图像；

计算并提取字符的宽度和高度，根据单字符图像的宽高比识别字符1；

执行单字符图像的完整性判断，若字符为完整，则在单字符图像宽度的中线位置处进行纵向穿线，扫描计算单字符图像内的连通区域，根据连通区域的个数分类识别字符0、2、3、4、5、6、7、8、9。

进一步地，所述连通区域的个数为4时，则直接识别该单字符图像为字符8。

进一步地，所述连通区域的个数为1时，则直接识别该单字符图像为印刷体字符7。

进一步地，所述连通区域的个数为0时，在单字符图像高度的中线位置处进行横向穿线，若纵向中线上半部左侧像素总和明显小于右侧像素总和，则识别该字符为字符7，若纵向中线上半部左侧像素总和明显大于右侧像素总和，则识别该字符为字符4。

进一步地，所述连通区域的个数为3时，在单字符图像高度的中线位置处进行横向穿线，若字符连通域的质心位于半高线以上则该字符识别为字符9，若字符连通域的质心位于半高线以下则该字符识别为字符6。

进一步地，所述连通区域的个数为2时，若两个连通域的质心对称分布于纵向中线两侧且纵坐标位于半高线，则识别该字符为字符0；若两个连通域的质心非对称分布于纵向中线两侧，在识别该字符为字符4；

在单字符图像高度的中线位置处进行横向穿线，若两个连通域的质心在纵向中线的右侧且分别位于横向中线的上下两侧，则可识别该字符为字符3；若两个连通域的质心在纵向中线的左右两侧且两个质心分别位于横纵中线划分的四个区域中的左下部分和右上部分则识别该字符为字符2；若两个连通域的质心在纵向中线的左右两侧且两个质心分别位于横纵中线划分的四个区域中的左上部分和右下部分则识别该字符为字符5。

进一步地，所述连通区域的个数为4时，则直接识别该单字符图像为字符8；所述连通区域的个数为1时，则直接识别该单字符图像为印刷体字符7；所述连通区域的个数为0时，在单字符图像高度的中线位置处进行横向穿线，若纵向中线上半部左侧像素总和明显小于右侧像素总和，则识别该字符为字符7，若纵向中线上半部左侧像素总和明显大于右侧像素总和，则识别该字符为字符4；所述连通区域的个数为3时，在单字符图像高度的中线位置处进行横向穿线，若字符连通域的质心位于半高线以上则该字符识别为字符9，若字符连通域的质心位于半高线以下则该字符识别为字符6；所述连通区域的个数为2时，若两个连通域的质心对称分布于纵向中线两侧且纵坐标位于半高线，则识别该字符为字符0；若两个连通域的质心非对称分布于纵向中线两侧，在识别该字符为字符4；在单字符图像高度的中线位置处进行横向穿线，若两个连通域的质心在纵向中线的右侧且分别位于横向中线的上下两侧，则可识别该字符为字符3；若两个连通 域的质心在纵向中线的左右两侧且两个质心分别位于横纵中线划分的四个区域中的左下部分和右上部分则识别该字符为字符2；若两个连通域的质心在纵向中线的左右两侧且两个质心分别位于横纵中线划分的四个区域中的左上部分和右下部分则识别该字符为字符5。

进一步地，所述预处理的步骤包括：抑制噪声处理、和/或图像白平衡处理、和/或进行数学形态学的断点连接处理。

进一步地，所述方法进一步包括：所述执行单字符图像的完整性判断的步骤中，若字符为不完整，则进一步进行字符完整性填充：

计算单字符图像顶部的端点个数，如果顶部端点数为2则将两个端点进行连接处理，如果顶部端点数为1则从断点处向相反方向蔓延直至到达边界处以完成字符完整性填充。

进一步地，所述方法进一步包括：所述执行单字符图像的完整性判断的步骤中，若字符为不完整，则进一步进行字符完整性填充：

计算单字符图像底部的端点个数，如果底部端点数为2则将两个端点进行连接处理，如果底部端点数为1则从断点处向相反方向蔓延直至到达边界处以完成字符完整性填充。

与现有技术相比，本发明提出的基于字符特征识别数字的方法对数字式仪表都适用，通过提取不同字体的同一字符的结构特征来建立字符识别的模型，识别准确率较高，鲁棒性较强。

参照附图来阅读对于示例性实施例的以下描述，本发明的其他特性特征和优点将变得清晰。

附图说明

并入到说明书中并且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。在这些附图中，类似的附图标记用于表示类似的要素。下面描述中的附图是本发明的 一些实施例，而不是全部实施例。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示例性地示出了本发明实施例中数字式仪表的数字识别方法流程图；

图2示例性地示出了本发明实施例的数字式仪表的数字识别方法的具体实施流程图；

图3示例性地示出了现场采集的图像中数字“3”和数字“5”的形态示意图；

图4示例性地示出了数字“4”和“2”均下半部分均存在残缺的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明提供一种数字式仪表的数字识别方法，针对当前数字式仪表的数字识别技术中存在的适用性差识别效率低的问题，采用纵向穿线和横向穿线的方式对仪表的数字读数进行识别，以实现对不同大小、不同字体的识别，可以适用多种不同类型的数字式仪表。进一步地，还可实现针对旋转式数字仪表中出现的有少许部分残缺的数字读数的自动识别。

由于LED式数据显示仪表不会发生字符残缺的状况，因此数字式仪表的读数残缺的情景为：旋转式数字仪表中的数字只有顶端或者底端少部分被遮挡而导致的结构特征不完整。

本发明提供一种数字式仪表的数字识别方法，如图1所示，包括如下步骤：对字符图像进行预处理，进行边缘切割后获取单字符图像；计算并提取字符的宽度和高度，根据单字符图像的宽高比识别字符1；执行单字符图像的完整性判断，若字符为完整，则在单字符图像宽度的中线位置处进行纵向穿线，扫描计算单字符图像内的连通区域，根据连通区域的个数分类识别字符0、2、3、4、5、6、7、8、9。

在进行纵向穿线并扫描计算数字内的连通区域后，根据连通区域的个数可以把字符分为5组：(LED数字4和7以及部分印刷体数字7)、(印刷体数字7)、(0，2，3，印刷体数字4，5)、(6，9)和(8)。这5组的连通域个数分别为0，1，2，3，4。

进一步地，具体实现时，所述的数字式仪表的数字识别方法，包括如下步骤：

步骤S101，对字符图像进行预处理，进行边缘切割后获取单字符图像；

步骤S102，计算并提取字符的宽度W、高度H，根据单字符图像的宽高比识别字符“1”；

步骤S103，执行单字符图像的完整性判断，若字符为完整，则在单字符图像宽度的中线位置处进行纵向穿线，扫描计算单字符图像内的连通区域，若连通区域为4，则直接识别该单字符图像为字符8；若连通区域为1，则直接识别该单字符图像为印刷体字符7；

步骤S104，若连通域个数为0，在单字符图像高度的中线位置处进行横向穿线，若纵向中线上半部左侧像素总和明显小于右侧像素总和，则识别该字符为字符7，若纵向中线上半部左侧像素总和明显大于右侧像素总和，则识别该字符为字符4；

步骤S105，若连通域个数为3，在单字符图像高度的中线位置处进行横向穿线，若字符连通域的质心位于半高线以上则该字符识别为字符9，若字符连通域的质心位于半高线以下则该字符识别为字符6。

步骤S106，在连通域个数为2时，若两个连通域的质心对称分 布于纵向中线两侧且纵坐标位于半高线，则识别该字符为字符0；若两个连通域的质心非对称分布于纵向中线两侧，在识别该字符为字符4；

在单字符图像高度的中线位置处进行横向穿线，若两个连通域的质心在纵向中线的右侧且分别位于横向中线的上下两侧，则可识别该字符为字符3；若两个连通域的质心在纵向中线的左右两侧且两个质心分别位于横纵中线划分的四个区域中的左下部分和右上部分则识别该字符为字符2；若两个连通域的质心在纵向中线的左右两侧且两个质心分别位于横纵中线划分的四个区域中的左上部分和右下部分则识别该字符为字符5。

进一步地，在步骤S103中，若字符为不完整，则进一步进行字符完整性填充的步骤：

计算单字符图像顶部和/或底部的端点个数，如果顶部端点数为2则将两个端点进行连接处理，如果顶部端点数为1则从断点处向相反方向蔓延直至到达边界处以完成字符完整性填充；如果底部端点数为2则将两个端点进行连接处理，如果底部端点数为1则从断点处向相反方向蔓延直至到达边界处以完成字符完整性填充。

应用实例：

图2是应用本发明的数字式仪表的数字识别方法的解决方案流程图，对采集到的单字符执行下列步骤：

步骤S201：对字符图像进行预处理以抑制噪声和减少光线影响，如果有断点，对数字进行数学形态学处理连接断点，并对字符进行切割以使得字符的四周没有多余边缘。

步骤S202：计算并提取字符的宽度W、高度H。

步骤S203：基于字符的宽高比识别字符“1”，因为不论1是否残缺，其宽高比不会改变。

步骤S204：根据字符的完整性判断是否需要进行字符的完整性填充。如果字符为完整的，则直接进行步骤S205，否则进行字符完整性填充。

所述不完整的残缺状况为：旋转式数字仪表中的数字只有顶端或者底端少部分被遮挡而显示不完整，导致结构特征采集不完整而对识别造成困难的现象。分别针对顶部残缺和底部残缺对字符进行完整性填充的方法为：

对于顶部残缺的数字，其判断数字顶部的端点个数：如果为2则将两个端点进行处理连接，如果为1则从断点处向相反方向蔓延直至到达边界处以完成字符完整性填充。

对于底部残缺的数字，其判断数字顶部的端点个数：如果为2则将两个端点进行处理连接，如果为1则从断点处向相反方向蔓延直至到达边界处以完成字符完整性填充。

步骤S205：在字符宽度的中线位置处进行纵向穿线，并扫描计算数字内的连通区域。通过对连通区域进行统计计算，可以把字符分为5组：(LED数字4和7以及部分印刷体数字7)、(印刷体数字7)、(0，2，3，印刷体数字4，5)、(6，9)和(8)。这5组的连通域个数分别为0，1，2，3，4。

第一组字符的连通域个数为0，可以让数字纵向中线为分界线，仅统计半高线H/2以上分界线左、右两侧的像素个数，如果左侧总和明显小于右侧像素，判断为7，否则为4。

第二组字符的连通域个数为1，由于印刷体7连通域个数为1，可以单独判断出。

第三组字符的连通域个数为2，可以通过以纵向中线为分界线，判断连通域的质心位置。如果两个连通域的质心以分界线呈对称分布，且纵坐标均在H/2附近，且则可以判断为字符0；如果两个连通域的质心位于纵向分界线的两侧，但是没有明显的对称性分布，则可以判断为印刷体字符4；再以H/2为横向分界线，如果两个连通域的 质心在纵向分界线的右侧，且分别位于横向分界线的上下，则可判断为字符3；如果两个连通域的质心在纵向分界线的左右两侧，则纵向分界线和横向分界线把字符区域分为四个区域，如果质心位于左下部分和右上部分则判断为字符2，相反，如果位于左上部分和右下部分则为5。

第四组的连通域个数为3，可以通过对原字符进行连通域的质心计算获得。如果在H/2以上则可以判断为9，否则判断为6。

第五组的连通域个数为4，则可以直接判断为8。

变电站现场由于数字表设备来源不一，导致数字形态各异，应用本发明的技术方案，可以适应多种类型的数字式仪表的多种形态的数字图像，如图3所示，列举了现场采集的图像中数字“3”和数字“5”的形态，这些数字式仪表的数字图像均可以采用本发明的数字识别方法准确快速识别。

另外，对于旋转式数字仪表，由于数字显示不完全导致的字符的部分残缺，本发明通过识别单字符图像的完整性，对残缺的数字进行图像填充处理确保单字符图像的数字完整性，再进行数字识别也可以得到很好的识别效果。图4是巡检机器人传回的从变电站现场采集到的图片，图4中的数字“4”和“2”均下半部分均存在残缺，通过采用本发明中的方法，仍然可以得到较好的识别效果。对于旋转式数字仪表中的数字“4”出现的部分残缺，应用本发明的数字识别方法进行识别时，对结构特征的采集并没影响，因此可以按照完整字符的步骤进行处理。

与现有技术相比，本发明提出的基于字符特征识别数字的方法对数字式仪表都适用，通过提取不同字体的同一字符的结构特征来建立字符识别的模型，识别准确率较高，鲁棒性较强。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。