一种多表盘指针式仪表的自动读数方法技术

本发明专利技术公开了一种多表盘指针式仪表的自动读数方法，包括建立指针式仪表所包括的N个表盘的基准图像Fbi、建立指针式仪表所包括的N个表盘的待测图像Fti、将表盘i的待测图像Fti与基准图像Fbi进行位置比对并计算表盘i的读数p这三个步骤；本发明专利技术通过将多个表盘的图像进行排序编号，再分别对每个表盘进行提取ROI、开运算、指针细化、Hough变换直线检测和仪表刻度计算，自动获取指针式仪表上每个表盘的示值，打破一张图像只能识别单个仪表的限制，节约图像采集时间和存储空间，从而提高图像识别效率，同时，本发明专利技术使用形态学运算对指针区域图像的减噪处理，并通过快速图像细化算法将指针区域图像进行细化，大大提高了仪表的自动读数精度。

【技术实现步骤摘要】
一种多表盘指针式仪表的自动读数方法
本专利技术涉及仪器仪表自动监测系统术领域，尤其涉及一种多表盘指针式仪表的自动读数方法。
技术介绍
指针式仪表由于结构简单、使用方便和易维护的特点，在各个工业领域有着广泛的应用。但是，指针式仪表需要人工进行现场的数值读取，但人工读数工作量大、效率低、误差高、读数精度易受工作环境等一些列不确定因素，已不能满足现代工业生产的需求。针对指针式仪表的自动读数问题，国内外的研究人员曾提出过包括中心投影法、减影法、模板特征法、最小二乘法等在内的一系列算法进行研究，其中中心投影法、减影法和模板特征法受图像拍摄环境的影响较大，鲁棒性能差，而最小二乘法计算量大，误差高，无法适用于实时读数的场合，另外，上述方法都只能对指针式仪表中的单个表盘进行读数，在读书过程中需要进行大量图像采集和存储工作，不仅效率低，而且需要投入大量人力物力。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多表盘指针式仪表的自动读数方法，能够同时对具有多个表盘的指针式仪表进行自动读数，打破一张图像只能识别单个仪表的限制，节约图像的采集时间和存储空间，从而提高图像识别的效率。本专利技术采用的技术方案为：一种多表盘指针式仪表的自动读数方法，包括以下步骤：A、建立指针式仪表所包括的N个表盘的基准图像Fbi，i＝1,2，……，N；基准图像Fbi的建立包括以下步骤：A1、将指针式仪表中的N个表盘的指针全部调整至零刻度位置，采集此时指针式仪表的图像；A2、将步骤A1所采集图像进行灰度和二值化处理，获取指针式仪表的零刻度二值图像；A3、利用OpenCV对零刻度状态二值图像中的N个表盘按照内轮廓大小进行编号，并依次确定每个表盘中指针转动的圆心坐标0i，i＝1,2，……，N；A4、基于表盘i的圆心坐标0i确定表盘i的感兴趣区域ROIi，获取表盘i的指针区域图像；A5、基于表盘i的圆心坐标0i，利用Hought变换提取步骤A4所得表盘i指针区域图像的直线lmini；A6、将指针式仪表中的N个表盘的指针分别调整至满刻度位置，依次采集每个表盘满刻度时指针式仪表的图像，获取表盘i的满刻度仪表图像；A7、将步骤A5所采集的表盘i的满刻度仪表图像进行灰度和二值化处理，获取表盘i的满刻度二值图像；A8、基于表盘i的圆心坐标0i，确定表盘i的感兴趣区域ROIi，获取表盘i的指针区域图像；A9、基于表盘i的圆心坐标0i，利用Hought变换提取步骤A8所得表表盘i的指针区域图像的直线lmaxi；A10、计算步骤A5所得直线lmini和步骤A9所得直线lmaxi之间的夹角作为量程夹角ai，基于零刻度状态二值图像的直线lmini、直线lmaxi和量程夹角ai构成表盘i的基准图像Fbi；B、建立指针式仪表所包括的N个表盘的待测图像Fti，i＝1,2，……，N；待测图像Fti的建立包括以下步骤：B1、将指针式仪表调整至工作状态，实时采集工作状态下的指针式仪表图像；B2、将步骤B1所采集图像进行灰度和二值化处理，获取指针式仪表的待测二值图像；B3、基于步骤A所得表盘i的圆心坐标0i，确定表盘i的感兴趣区域ROIi，获取表盘i的指针区域图像；B4、利用Hought变换提取步骤B3所得表盘i的指针区域图像的直线lti，基于待测二值图像的直线lti构成表盘i的待测图像Fti；C、将表盘i的待测图像Fti与基准图像Fbi进行位置比对，计算表盘i的读数p：首先，计算表盘i的待测图像Fti中的直线lti与基准图像Fbi中的直线lmini之间的夹角βi，然后，根据公式(1)计算待测图像Fti中指针的读数p：p＝Mi*βi/ai(1)公式(1)中，Mi表示表盘i的量程。所述步骤A2、A7和B2中灰度和二值化处理包括以下过程：(1)通过加权平均法对采集到的图像进行灰度化处理，得到灰度图像；灰度化处理的公式为：Gray＝R*0.992+G*0.587+B*0.114(2)公式(2)中，R表示彩色图像的红色通道像素值，G表示彩色图像的绿色通道像素值，B表示彩色图像的蓝色通道像素值；(2)采用中值滤波器去除灰度图像的脉冲噪声和椒盐噪声，同时保留灰度图像的边缘细节；其中，中值滤波器的中值滤波的窗口大小为3×3；(3)通过固定阈值法对步骤(2)所得图像进箱二值化处理，获取黑白图像；其中，固定阈值的选择采用最大类间方差算法ostu求取。所述的步骤A5、A9和B4中，利用Hought变换提取表盘i的指针区域图像的直线的过程为：①、使用形态学运算对感兴趣区域ROIi进行先腐蚀后膨胀，实现指针区域图像的减噪处理；②、采用快速图像细化算法将步骤①所得的指针区域图像进行细化，将臃肿的指针像素简化为单像素相连的二值图像，得到指针区域图像的骨架；③、基于指针区域图像的骨架，通过Hough变换提取表盘i的二值图像中指针区域的直线。所述Hough变换的变换公式为：公式(3)和公式(4)中，设表盘指针所在直线为y＝kx+b，(x1，y1)和(x2，y2)表示直线y＝kx+b上的两个点，ρ表示从原点引到直线y＝kx+b的垂线长度，θ表示从原点引到直线y＝kx+b的垂线与x轴正向的夹角。本专利技术具有以下有益效果：(1)通过对指针式仪表中的多个表盘先进行图像采集、灰度化、中值滤波和二值化处理后，将多个表盘进行排序编号，再分别对每个表盘进行提取ROI、开运算、指针细化、Hough变换直线检测和仪表刻度计算，最终自动获取指针式仪表上每个表盘的示值，打破一张图像只能识别单个仪表的限制，节约图像采集时间和存储空间，从而提高图像识别效率；(2)通过使用形态学运算对感兴趣区域ROIi进行先腐蚀后膨胀，实现指针区域图像的减噪处理，通过采用快速图像细化算法将指针区域图像进行细化，将臃肿的指针像素简化为单像素相连的二值图像，从而提高仪表的自动读数精度。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为具体实施方式的步骤A1中采集的指针式仪表图像；图3为具体实施方式的步骤A2中获取的零刻度二值图像；图4为具体实施方式的步骤A4中表盘一的感兴趣区域图像；图5为具体实施方式的步骤A4中表盘二的感兴趣区域图像；图6为具体实施方式的步骤①中经过减噪处理的表盘一的感兴趣区域图像；图7为具体实施方式的步骤①中经过减噪处理的表盘二的感兴趣区域图像；图8为具体实施方式的步骤②中经过细化后的表盘一的指针区域图像的骨架；图9为具体实施方式的步骤②中经过细化后的表盘二的指针区域图像的骨架。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合附图对本专利技术的技术方案作进一步说明：此处以包含左右两个表盘的指针式仪表的自动读数为例进行说明，设右侧表盘为表盘一，设左侧表盘为表盘二；如图1所示，本专利技术包括以下步骤：A、采用VS2012+OpenCV的架构，建立指针式仪表所包括的两个表盘的基准图像Fbi，i＝1,2；基准图像Fbi的建立包括以下步骤：A1、将指针式仪表中的两个表盘的指针全部调整至零刻度位置，如图1所示，采用摄像机采集此时指针式仪表的图像并保存为JPEG格式；A2、将步骤A1所采集图像进行灰度和二值化处理，如图2所示，获取指针式仪表的零刻度二值图像；A3、利用OpenCV对零刻度状态二值图像中的两个表盘按照内轮廓大小进行编号，并依次确定每个表盘中指针转动的圆心坐标0i，i＝1,2；A4、基于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多表盘指针式仪表的自动读数方法，其特征在于：包括以下步骤：A、建立指针式仪表所包括的N个表盘的基准图像Fbi，i＝1,2，……，N；基准图像Fbi的建立包括以下步骤：A1、将指针式仪表中的N个表盘的指针全部调整至零刻度位置，采集此时指针式仪表的图像；A2、将步骤A1所采集图像进行灰度和二值化处理，获取指针式仪表的零刻度二值图像；A3、利用OpenCV对零刻度状态二值图像中的N个表盘按照内轮廓大小进行编号，并依次确定每个表盘中指针转动的圆心坐标0i，i＝1,2，……，N；A4、基于表盘i的圆心坐标0i确定表盘i的感兴趣区域ROIi，获取表盘i的指针区域图像；A5、基于表盘i的圆心坐标0i，利用Hought变换提取步骤A4所得表盘i指针区域图像的直线lmini；A6、将指针式仪表中的N个表盘的指针分别调整至满刻度位置，依次采集每个表盘满刻度时指针式仪表的图像，获取表盘i的满刻度仪表图像；A7、将步骤A5所采集的表盘i的满刻度仪表图像进行灰度和二值化处理，获取表盘i的满刻度二值图像；A8、基于表盘i的圆心坐标0i，确定表盘i的感兴趣区域ROIi，获取表盘i的指针区域图像；A9、基于表盘i的圆心坐标0i，利用Hought变换提取步骤A8所得表表盘i的指针区域图像的直线lmaxi；A10、计算步骤A5所得直线lmini和步骤A9所得直线lmaxi之间的夹角作为量程夹角ai，基于零刻度状态二值图像的直线lmini、直线lmaxi和量程夹角ai构成表盘i的基准图像Fbi；B、建立指针式仪表所包括的N个表盘的待测图像Fti，i＝1,2，……，N；待测图像Fti的建立包括以下步骤：B1、将指针式仪表调整至工作状态，实时采集工作状态下的指针式仪表图像；B2、将步骤B1所采集图像进行灰度和二值化处理，获取指针式仪表的待测二值图像；B3、基于步骤A所得表盘i的圆心坐标0i，确定表盘i的感兴趣区域ROIi，获取表盘i的指针区域图像；B4、利用Hought变换提取步骤B3所得表盘i的指针区域图像的直线lti，基于待测二值图像的直线lti构成表盘i的待测图像Fti；C、将表盘i的待测图像Fti与基准图像Fbi进行位置比对，计算表盘i的读数p：首先，计算表盘i的待测图像Fti中的直线lti与基准图像Fbi中的直线lmini之间的夹角βi，然后，根据公式(1)计算待测图像Fti中指针的读数p：p＝Mi*βi/ai   (1)公式(1)中，Mi表示表盘i的量程。...

【技术特征摘要】
1.一种多表盘指针式仪表的自动读数方法，其特征在于：包括以下步骤：A、建立指针式仪表所包括的N个表盘的基准图像Fbi，i＝1,2，……，N；基准图像Fbi的建立包括以下步骤：A1、将指针式仪表中的N个表盘的指针全部调整至零刻度位置，采集此时指针式仪表的图像；A2、将步骤A1所采集图像进行灰度和二值化处理，获取指针式仪表的零刻度二值图像；A3、利用OpenCV对零刻度状态二值图像中的N个表盘按照内轮廓大小进行编号，并依次确定每个表盘中指针转动的圆心坐标0i，i＝1,2，……，N；A4、基于表盘i的圆心坐标0i确定表盘i的感兴趣区域ROIi，获取表盘i的指针区域图像；A5、基于表盘i的圆心坐标0i，利用Hought变换提取步骤A4所得表盘i指针区域图像的直线lmini；A6、将指针式仪表中的N个表盘的指针分别调整至满刻度位置，依次采集每个表盘满刻度时指针式仪表的图像，获取表盘i的满刻度仪表图像；A7、将步骤A5所采集的表盘i的满刻度仪表图像进行灰度和二值化处理，获取表盘i的满刻度二值图像；A8、基于表盘i的圆心坐标0i，确定表盘i的感兴趣区域ROIi，获取表盘i的指针区域图像；A9、基于表盘i的圆心坐标0i，利用Hought变换提取步骤A8所得表表盘i的指针区域图像的直线lmaxi；A10、计算步骤A5所得直线lmini和步骤A9所得直线lmaxi之间的夹角作为量程夹角ai，基于零刻度状态二值图像的直线lmini、直线lmaxi和量程夹角ai构成表盘i的基准图像Fbi；B、建立指针式仪表所包括的N个表盘的待测图像Fti，i＝1,2，……，N；待测图像Fti的建立包括以下步骤：B1、将指针式仪表调整至工作状态，实时采集工作状态下的指针式仪表图像；B2、将步骤B1所采集图像进行灰度和二值化处理，获取指针式仪表的待测二值图像；B3、基于步骤A所得表盘i的圆心坐标0i，确定表盘i的感兴趣区域ROIi，获取表盘i的指针区域图像；B4、利用Hought变换提取步骤B3所得表盘i的指针区域图像的直线lti，基于待测二值图像的直...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘四军，贺要锋，孙明，张红涛，杨勇，陶涛，刘斌，史雷敏，李苏辉，王玉兰，李明凯，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网河南省电力公司许昌供电公司，纪年科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11