一种多视角的指针式仪表识别方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及到数字图像处理领域，特别涉及到一种多视角的指针式仪表识别方法 和装置，并应用于嵌入式工程化产品中。
【背景技术】
[0002] 随着社会科学技术的发展，数字图像处理技术和模式识别已经渗入到社会生产和 生活的各个方面，而其中，实现仪表自动化识别是各电力公司面临的迫切需求。目前，大部 分电力公司对仪表读数还是采取人工巡检的方式，这不但是一个繁琐的工作，而且还会出 现漏检、误检等情况。而数字图像处理技术的发展，使得仪表自动巡检代替人工巡检成为了 可能，通过摄像机进行远程监控及自动识别，无需人工参与，不但提高了电力公司的管理技 术和工作效率，也降低了人力和时间成本。
[0003] 目前，国内外在仪表识别方面都有研究。专利号为201110359130.0,发明名称为 《高鲁棒仪表指针图像识别方法》的中国专利中，公开了一种高鲁棒仪表指针图像识别方 法，主要包括离线标定和在线识别两个阶段，但在自动化程度要求较高的情况下，该方法失 效，其中，离线标定阶段会消耗大量的时间，需要人为手动标记，不满足智能化要求。而专利 号为200810115840. 7,发明名称为《一种指针式仪表读数自动识别的方法及系统》的中国专 利中，公开了一种指针式仪表读数自动识别的方法及系统，解决了目前仪表读数识别方法 需要较多先验信息，且在刻度线存在部分丢失，仪表倾斜等情况下的识别问题，该方法需要 提前刻度线等信息，但在图像发生轻微抖动或模糊的情况下，这些信息无法完全提取，算法 的鲁棒性较差，在实际场景中无法使用，而且对仪表在多个视角发生旋转的情况下也无法 识别。
[0004] 国外在电力行业中，企业对自动抄表（AMR)技术研究较早，并已获得广泛应用，德 国马尔（Mahr)公司的875系列全自动指示表检定仪，通过摄像机来获取仪表表盘图像，运 用数字图像处理技术进行仪表指针示值的自动识别，其识别结果准确可靠，但价格昂贵，维 修困难，很难被国内的广大用户所接受。学者CorraAlegria详细讲述了利用机器视觉算法 对这类指针式仪表进行识别的过程，为后续仪表识别的研究奠定了理论基础，首先用摄像 头采集全局的表盘图像，然后将两个不同指针位置的图像进行差分运算，差分之后，图像中 保留了两个不同位置的指针的图像，再利用Hough变换得到指针的角度，最后通过先验信 息，得到指针的读数。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提出一种多视角的指针式仪表识别方法及装置，可以准确地识别 出仪表在任意视角下的读数，自动化程度高，满足电力公司工程化应用要求。本发明的技术 方案是：一种多视角的指针式仪表识别方法，包括如下几个步骤：1)图像获取：保持摄像机 与仪表之间无位置旋转，用摄像机获取含有仪表信息的高清图像；2)图像预处理：对步骤 1)获取的高清图像手动裁剪，得到仪表图像I 1;并根据仪表图像显示的信息值拟合仪表指 针刻度模型，得到指针位置角度和刻度之间关系；3)仪表自动定位裁剪：对步骤2)获取的 仪表图像^进行二值化处理，得到轮廓状态的二值化图像12，根据轮廓的面积和长宽比，自 动得到仪表在图像中的位置，然后自动截取二值化图像I 2中的仪表图像13;4)仪表图像校 正：通过依据仪表轮廓的长宽比，通过长宽比信息将仪表图像步骤3)得到的仪表图像1 3进 行校正，生成正面仪表图像14;5)提取仪表指针信息：将正面仪表图像14通过数字图像处 理技术自动获取仪表读数，首先进行图像灰度及二值化处理，再运用形态学闭运算，得到仪 表指针和边框信息；然后通过轮廓的提取，得到只含有仪表指针信息的图像；最后对指针 信息用hough变换进行拟合，求出指针位置；6)仪表读数自动生成：将步骤5)得到的指针 位置所对应的角度值代入步骤2)中的刻度模型，得到仪表的读数。
[0006] 本发明通过摄像机获得多视角图像，在通过预处理，去掉很多需要辨别的部 分，减小了计算机识别量，在通过仪表自动定位裁剪，实现精确辨别，最后，通过校正，得 到准确的仪表图像，本发明通过多次平滑的方法将仪表读数进行修正，最终得到比较 稳定的读数结果。本发明通过以上方式，克服了传统仪表识别方法中出现透视，平移， 仿射等变换的情况下无法识别的问题，能够准确地识别出仪表在任意视角下的读数， 自动化程度高，满足电力公司工程化应用要求。进一步，所述步骤2)中的刻度模型是
其中，S是刻度值，A是与S对应的角度值，SJP S2是待检 测指针的相邻两个刻度值，而4和A 2是相邻两个刻度所对应的角度值。
[0007] 进一步，所述步骤3)的二值化处理包括以下步骤：3_1)统计图像灰度级N以 及每个灰度级个数Nunv i = 1，2,…，N ;3-2)分别对相邻两组Num数据求和，即得到
而其中k = 1，2,…，N，如果Suml/Sum2 < α，即可 求取阈值T1= k+2 ;3-3)遍历图像I i，将I1中像素值小于等于T i的值重新赋值255,否则 重新赋值〇,这样就可以得到只有255和0的二值化图像12。
[0008] -种多视角的指针式仪表识别装置，包括以下模块：1)图像获取模块：用于保持 摄像机与仪表之间无位置旋转，用摄像机获取含有仪表信息的高清图像；2)图像预处理模 块：用于对步骤1)获取的高清图像手动裁剪，得到仪表图像I 1;并根据仪表图像显示的信 息值拟合仪表指针刻度模型，得到指针位置角度和刻度之间关系；3)仪表自动定位裁剪模 块：用于对步骤2)获取的仪表图像^进行二值化处理，得到轮廓状态的二值化图像I 2，根 据轮廓的面积和长宽比，自动得到仪表在图像中的位置，然后自动截取二值化图像I2中的 仪表图像1 3;4)仪表图像校正模块：用于通过依据仪表轮廓的长宽比，通过长宽比信息将 仪表图像步骤3)得到的仪表图像1 3进行校正，生成正面仪表图像14;5)提取仪表指针信息 模块：用于将正面仪表图像I 4通过数字图像处理技术自动获取仪表读数，首先进行图像灰 度及二值化处理，再运用形态学闭运算，得到仪表指针和边框信息；然后通过轮廓的提取， 得到只含有仪表指针信息的图像；最后对指针信息用hough变换进行拟合，求出指针位置； 6)仪表读数自动生成模块：用于将步骤5)得到的指针位置所对应的角度值代入步骤2)中 的刻度模型，得到仪表的读数。
[0009] 进一步，所述模块2)中的刻度模型是
其中，S是刻 度值，A是与S对应的角度值，SJP S 2是待检测指针的相邻两个刻度值，而A廊A 2是相邻 两个刻度所对应的角度值。
[0010] 本发明的有益效果是：通过对仪表图像的校正，克服了传统仪表识别方法中出现 透视，平移，仿射等变换的情况下无法识别的问题。同时，本发明不需要过多的仪表先验知 识，简化了人工参与，提高了识别的自动化程度，而且针对仪表表面出现破损，轻微反光，轻 微抖动等都有很强的鲁棒性和较高的识别精度。
【附图说明】
[0011] 图1是本发明的总体流程图。
[0012] 图2是本发明的仪表原始图。
[0013] 图3是本发明的仪表自动定位图。
[0014] 图4是本发明的校正后的仪表图。
[0015] 图5是本发明的仪表指针提取图。
【具体实施方式】
[0016] 如图1所示，本发明有五个主要的实施步骤，即图像获取及数据建模、仪表自动定 位、仪表图像校正、仪表指针自动提取及仪表读数计算，各部分的【具体实施方式】如下：
[0017] 1、图像获取及数据建模
[0018] 如图2所示，用摄像机获取含有仪表信息的高清图像，摄像机与仪表之间要求无 位置旋转，先手动裁剪得到仪表图像I，用于记录每一个显示刻度值S以及对应的角度值A， 根据这些信息拟合出仪表指针刻度模型S = F(A)，用于计算仪表的最终刻度值。针对指针 式仪表刻度为均匀显示和非均匀显示的情况，S与相对应的A之间都满足线性模型：
[0020] 其中，SJP S 2是待检测指针的相邻两个刻度值，而A JP A 2是相邻两个刻度所对应 的角度值，最后只需将检测指针的角度代入（1)式即可算出仪表的读数。
[0021] 2、仪表图像自动定位
[0022] 如图3所示，将摄像机获取的仪表图像^进行二值化处理，本发明根据图 像特征，采用基于直方图的方法对I 1二值化，详细步骤是先统计图像灰度级N以及 每个灰度级个数Num1, i = 1，2，···，N ;然后分别对相邻两组Num数据求和，即得到
而其中 k = 1，2, "·，Ν，如果 Suml/Sum2 < α (在本 发明实例中，α取〇. 1)，即可求取阈值T1= k+2,最后遍历图像I i，将I1中像素值小于等于 T1的值重新赋值255,否则重新赋值0,这样就可以得到只有255和0的二值化图像12。
[0023] 根据得到的二值化图像I2，进行连通域R提取和标记处理，得到Li = 1，2,…，M， M表示连通域的