一种指针式表盘自动读数方法技术

本发明专利技术公开了一种指针式表盘自动读数方法，属于机器视觉领域，解决现有技术中噪声、环境的干扰读数的问题。包括读取原始图像，提取原始图像中表盘图像，并将表盘图像进行直方图均衡化；将表盘图像分开，阈值分割，合并提取外轮廓；将拟合成椭圆，确定精确的表盘图像；再次进行阈值分割，并提取阈值分割后图像的最内层椭圆外轮廓；将拟合成椭圆，得到拟合成椭圆的圆心；将椭圆等比例放大成两个不同大小的大椭圆，两个大椭圆之间的条带区域就是表盘的刻度区域，找出刻度初始位置；将条带区域进行最小值滤波和阈值分割，采用填补法找出指针位置；按照拟合出的椭圆的长短轴之比，将条带区域修复成正圆；最后计算读数。用于精确读数指针式表盘图像。

Pointer type dial automatic reading method

The invention discloses a pointer type dial automatic reading method, which belongs to the field of machine vision. Including reading the original image, the original image to extract the image of dial, and dial the image histogram equalization; the dial image separately, threshold segmentation, extracting contour; quasi ellipse, determine the dial image accurately; again segmentation, and the innermost elliptical contour of image thresholding segmentation; the quasi ellipse, get to a ellipse Center; the elliptical ratio enlarged into two different sizes of large scale elliptic, region between two large elliptic strip area is the dial scale, find the initial position; the strip area minimum filtering and threshold segmentation, using the fill method to find out the pointer according to the position; ellipse fitting of the axis ratio, the strip area is restored to circle; the final calculation of reading. Pointer dial image for accurate reading.

【技术实现步骤摘要】

一种指针式表盘自动读数方法，用于精确读数指针式表盘图像，属于机器视觉领域。
技术介绍
“机器视觉”是人工智能正在快速发展的一个分支。简单说来，机器视觉就是用机器代替人眼来做测量和判断。机器视觉系统是通过机器视觉产品(即图像摄取装置，分CMOS和CCD两种)将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用的图像处理系统，得到被摄目标的形态信息，根据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽取目标的特征，进而根据判别的结果来控制现场的设备动作。而对仪表的智能读数，是机器视觉在工程应用中一个重要的分支。在现代工业中，很多参数都需要实时的测量，例如耗电量，汽车油量的多少，而这些量的多少均需要用仪表来指示。如果仪表的数量非常巨大(实际上确实非常巨大)，那么纯粹依靠人来读取仪表数据会相当麻烦。所以，我们需有用机器视觉的方法令智能设备对仪表的读数进行自动的读取。然而在硬件设备成像过程中，智能设备就如同人眼一样，要面临光照变化，模式识别，实时性等多方面的困难。所以研究人员们在设计算法时，既要克服噪声、环境的干扰，也要面临对各种不同特征的定性和定量的分析。近些年来有不少的研究机构和企业对仪表的智能读数作出了研究。2014年，闫钧华、杭谊青和段贺等人提出了对图像进行Hough圆检测，使用加权平均法定位表盘圆心及半径，提取表盘区域方形图像，然后进行图像预处理，提取仪表指针二值细化图像，使用中心投影法确定指针角度并提取零刻度线、满刻度线位置模板，标定量程起点、终点位置。但是Hough变换计算量比较大，而且定位不够准确，而中心投影法的投影大小随着物体改变而改变，且作图复杂。
技术实现思路
本专利技术针对上述不足之处提供了一种指针式表盘自动读数方法，解决现有技术中仪表偏转的指针式表盘图像存在模糊、光照不均的情况下，指针式表盘图像读数不精确的问题。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种指针式表盘自动读数方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：读取原始图像f(x,y)，对原始图像f(x,y)进行Hough变换初步提取表盘图像f1'(x,y)，并将表盘图像f1'(x,y)进行直方图均衡化；步骤2：将表盘图像f1'(x,y)按行分成两部分，分别进行阈值分割，再合并成一张图像，对合并后的图像提取外轮廓l1；步骤3：通过最小二乘拟合将外轮廓l1拟合成椭圆，确定精确的表盘图像f2'(x,y)；步骤4：对精确的表盘图像f2'(x,y)上下分成两块，分块后进行阈值分割，再合并分割结果成一张图像，并提取合并后的图像的最内层椭圆的外轮廓l2；步骤5：通过最小二乘拟合将外轮廓l2拟合成椭圆，得到外轮廓l2拟合成椭圆的圆心P(x,y)；步骤6：将步骤5得到的椭圆等比例放大成两个不同大小的大椭圆，两个大椭圆具有相同的圆心和长短轴之比，长短轴为横向和纵向(或纵向和横向)平分大椭圆的轴，两个大椭圆之间即为条带区域D，外轮廓l2拟合成的椭圆与放大的较小的大椭圆之间即为条带区域D'；步骤7：将条带区域D分成上下两块后进行阈值分割，合并分割结果成一张图像，得到刻度的起始位置和刻度的终点位置；步骤8：根据步骤6得到的条带区域D'，采用填补法确定指针位置；步骤9：按照外轮廓l2拟合成的椭圆的长短轴之比，将条带区域D和条带区域D'修复成正圆；步骤10：将条带区域D和条带区域D'修复成正圆后，通过刻度的起始位置、刻度的终点位置和指针位置计算原始图像f(x,y)中的读数。进一步，所述步骤1的具体步骤如下：步骤11:读取原始图像f(x,y)；步骤12:对原始图像f(x,y)进行Hough变换初步提取表盘图像f1'(x,y)，公式如下： ( x - x 0 ) 2 a 2 + ( y - y 0 ) 2 b 2 = 1 ; ]]>其中，a是椭圆的长轴或短轴，b是椭圆的短轴或长轴，a为横轴，b为纵轴，(x0,y0)是表盘图像的椭圆圆心，x、y是原空间的自变量与因变量；步骤13:将表盘图像f1'(x,y)进行直方图均衡化，具体公式如下： s k = ( L - 1 ) M N Σ j = 0 k n j , k = 0 , 1 , 2 , ... , L - 1 ; ]]>其中，sk是均衡化之后的值为k的灰度，L是图像中的灰度级数量，即对8比特图像是256，MN是表盘图像f1'(x,y)中像素的总数，M是表盘图像f1'(x,y)每一行的像素个数，N是表盘图像f1'(x,y)每一列的像素个数，nj是原始图像f(x,y)中灰度为j的像素个数。进一步，所述步骤2和步骤4中，提取外轮廓的具体步骤如下：步骤241：计算连通分量，公式如下： X k m = { X k - 1 m ⊕ B本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种指针式表盘自动读数方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：读取原始图像f(x,y)，对原始图像f(x,y)进行Hough变换初步提取表盘图像f1'(x,y)，并将表盘图像f1'(x,y)进行直方图均衡化；步骤2：将表盘图像f1'(x,y)按行分成两部分，分别进行阈值分割，再合并成一张图像，对合并后的图像提取外轮廓l1；步骤3：通过最小二乘拟合将外轮廓l1拟合成椭圆，确定精确的表盘图像f2'(x,y)；步骤4：对精确的表盘图像f2'(x,y)上下分成两块，分块后进行阈值分割，再合并分割结果成一张图像，并提取合并后的图像的最内层椭圆的外轮廓l2；步骤5：通过最小二乘拟合将外轮廓l2拟合成椭圆，得到外轮廓l2拟合成椭圆的圆心P(x,y)；步骤6：将步骤5得到的椭圆等比例放大成两个不同大小的大椭圆，两个大椭圆具有相同的圆心和长短轴之比，长短轴为横向和纵向(或纵向和横向)平分大椭圆的轴，两个大椭圆之间即为条带区域D，外轮廓l2拟合成的椭圆与放大的较小的大椭圆之间即为条带区域D'；步骤7：将条带区域D分成上下两块后进行阈值分割，合并分割结果成一张图像，得到刻度的起始位置和刻度的终点位置；步骤8：根据步骤6得到的条带区域D'，采用填补法确定指针位置；步骤9：按照外轮廓l2拟合成的椭圆的长短轴之比，将条带区域D和条带区域D'修复成正圆；步骤10：将条带区域D和条带区域D'修复成正圆后，通过刻度的起始位置、刻度的终点位置和指针位置计算原始图像f(x,y)中的读数。...

【技术特征摘要】
1.一种指针式表盘自动读数方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：读取原始图像f(x,y)，对原始图像f(x,y)进行Hough变换初步提取表盘图像f1'(x,y)，并将表盘图像f1'(x,y)进行直方图均衡化；步骤2：将表盘图像f1'(x,y)按行分成两部分，分别进行阈值分割，再合并成一张图像，对合并后的图像提取外轮廓l1；步骤3：通过最小二乘拟合将外轮廓l1拟合成椭圆，确定精确的表盘图像f2'(x,y)；步骤4：对精确的表盘图像f2'(x,y)上下分成两块，分块后进行阈值分割，再合并分割结果成一张图像，并提取合并后的图像的最内层椭圆的外轮廓l2；步骤5：通过最小二乘拟合将外轮廓l2拟合成椭圆，得到外轮廓l2拟合成椭圆的圆心P(x,y)；步骤6：将步骤5得到的椭圆等比例放大成两个不同大小的大椭圆，两个大椭圆具有相同的圆心和长短轴之比，长短轴为横向和纵向(或纵向和横向)平分大椭圆的轴，两个大椭圆之间即为条带区域D，外轮廓l2拟合成的椭圆与放大的较小的大椭圆之间即为条带区域D'；步骤7：将条带区域D分成上下两块后进行阈值分割，合并分割结果成一张图像，得到刻度的起始位置和刻度的终点位置；步骤8：根据步骤6得到的条带区域D'，采用填补法确定指针位置；步骤9：按照外轮廓l2拟合成的椭圆的长短轴之比，将条带区域D和条带区域D'修复成正圆；步骤10：将条带区域D和条带区域D'修复成正圆后，通过刻度的起始位置、刻度的终点位置和指针位置计算原始图像f(x,y)中的读数。2.根据权利要求1所述的一种指针式表盘自动读数方法，其特征在于，所述步骤1的具体步骤如下：步骤11:读取原始图像f(x,y)；步骤12:对原始图像f(x,y)进行Hough变换初步提取表盘图像f1'(x,y)，公式如下： ( x - x 0 ) 2 a 2 + ...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭真明，刘勇，余娟，陈阜东，谢吉航，王酉祥，曹思颖，陶冰洁，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51