一种利用模板匹配精确识别液位的方法与流程

技术特征：

1.一种利用模板匹配精确识别液位的方法，它包括：

步骤1、拍摄标准液位计图像并建立液位计标准模板；

步骤2、拍摄一张含有液位计的图像，采用主成分分析的方法，得出液位计最佳投影灰度图；

步骤3、将液位计标准模板与液位计最佳投影灰度图匹配；

步骤4、提取匹配后的液位计图像；

步骤5、识别出匹配后的液位计图像的刻度位置，同时读出液位计刻度的最高点和最低点，并利用比例关系确定刻度读数。

2.根据权利要求1所述的一种利用模板匹配精确识别液位的方法，其特征在于：步骤1所述建立液位计标准模板的方法为：将标准液位计图像经过灰度处理得到液位计标准模板。

3.根据权利要求1所述的一种利用模板匹配精确识别液位的方法，其特征在于：步骤2所述主成分分析的方法包括：

建立原始数据n*p维矩阵X_ij

$X=\begin{array}{cccc}{x}_{11}& x_{12}& \mathrm{...}& x_{1p}\\ x_{21}& x_{22}& \mathrm{...}& x_{2p}\\ \mathrm{...}& \mathrm{...}& \mathrm{...}& \mathrm{...}\\ x_{n1}& x_{n2}& \mathrm{...}& x_{np}\end{array}$

对其进行标准化处理，根据如下关系式求解相关系数r_ij

$r_{ij}=\frac{\underset{k=1}{\overset{n}{\Σ}}(x_{ki}-{\stackrel{\‾}{x}}_i)(x_{kj}-{\stackrel{\‾}{x}}_j)}{\sqrt{\underset{k=1}{\overset{n}{\Σ}}{(x_{ki}-{\stackrel{\‾}{x}}_i)}^2\underset{k=1}{\overset{n}{\Σ}}{(x_{kj}-{\stackrel{\‾}{x}}_j)}^2}}$

求其相关系数矩阵

再求得R的特征根λ_i及特征向量e_i；

计算出累计贡献率

选取累计贡献率达85％‐95％的特征值λ₁,λ₂...λ_m所对应的第1，第2...第m(m≤p)个主成分构成矩阵a投影作为液位计最佳投影灰度图

$a=\begin{array}{cccc}{a}_{11}& a_{12}& \mathrm{...}& a_{1m}\\ a_{21}& a_{22}& \mathrm{...}& a_{2m}\\ \mathrm{...}& \mathrm{...}& \mathrm{...}& \mathrm{...}\\ a_{n1}& a_{n2}& \mathrm{...}& a_{nm}\end{array}.$

4.根据权利要求1所述的一种利用模板匹配精确识别液位的方法，其特征在于：步骤3所述的将液位计标准模板与液位计最佳投影灰度图匹配的方法为：建立一个模板匹配函数f，将液位计标准模板与液位计最佳投影灰度图进行一一匹配，当模板匹配函数f最小时，则该时的匹配结果即为匹配后的液位计图像，具体为：

在标准模板图像中，以标准模板的左上角为原点，向右为X轴，向下为Y轴，建立一个坐标系，模标准板图像的大小为m*n(宽*高):

$U(x,y)=\begin{array}{cccc}{u}_{11}& u_{12}& \mathrm{...}& u_{1n}\\ u_{21}& u_{22}& \mathrm{...}& u_{2n}\\ \mathrm{...}& \mathrm{...}& \mathrm{...}& \mathrm{...}\\ u_{m1}& u_{m2}& \mathrm{...}& u_{mn}\end{array}$

原始图像的灰度图大小为W*H(宽*高)：

$V(X,Y)=\begin{array}{cccc}{v}_{11}& v_{12}& \mathrm{...}& v_{1h}\\ v_{21}& v_{22}& \mathrm{...}& v_{2h}\\ \mathrm{...}& \mathrm{...}& \mathrm{...}& \mathrm{...}\\ v_{w1}& v_{w2}& \mathrm{...}& v_{wh}\end{array}$

标准模板中的某一点的坐标为(x,y)，该点的灰度为U(x,y)，与之重合的图象中的点坐标为(X,Y)，该点的灰度为V(X,Y)；

模板匹配函数f如下：

$f=\underset{x=1}{\overset{m}{\Σ}}\underset{y=1}{\overset{n}{\Σ}}{\[U(x,y)-V(X,Y)\]}^2$

在模板匹配函数f最小的时候，分割出与模板图像相同大小的图像，即为匹配后的液位计图像。

5.根据权利要求1所述的一种利用模板匹配精确识别液位的方法，其特征在于：步骤5所述识别出匹配后的液位计图像的刻度位置，同时读出液位计刻度的最高点和最低点，并利用比例关系确定刻度读数的方法包括：利用边缘检测的方法检测出匹配后的液位计图像的边缘刻度、最大刻度和最小刻度，并读取数字；在读取数字时，采用模板匹配的方法，将读取的数字与模板一一匹配。