一种指针式圆形多仪表盘实时读数识别方法技术

本发明专利技术涉及指针式仪表读数自动判读领域，具体是一种利用表盘视频采集、图像处理与计算机视觉相结合的方式对多个指针式仪表盘视频进行分析处理，进而精确识别出每个指针式仪表读数的方法。它是一种基于图像视频采集、图像处理和计算机视觉相结合的多仪表读数识别方法，采用具有一定分辨率的移动设备或平板进行视频拍摄，在视频拍摄的过程中同时识别多个表盘读数。该方法具有较好的鲁棒性、实时性、高效率、成本低等特点，由于是在视频采集的同时进行读数识别，因而提高了实时性；由于可以每次采集多个仪表盘视频图像，因而提高了效率。该发明专利技术有效的提高了工业生产效率，减少了工业开销，为以后工业生产提供了可靠的技术保证。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及指针式仪表读数自动判读领域，具体是一种利用表盘视频采集、图像处理与计算机视觉相结合的方式对多个指针式仪表盘视频进行分析处理，进而精确识别出每个指针式仪表读数的方法。
技术介绍
指针式仪表识别面向工业指针式仪表，通过表盘图像采集得到指针式仪表图像，使用图像处理技术，检测出图像中与求取读数有关的信息，自动识别出仪表盘读数，以提高读数的精确度、减少人工开销、提高效率。随着现代化工业的发展，数据量的增加，指针式仪表的普及化，要求指针式仪表的自动读数识别具有更高的性能、速度及可靠性，因此提出一种具有更高实时性与可靠性的智能指针式仪表识别方法显得尤为重要。现有的指针式仪表识别方法主要涉及到如下几方面的技术：图像采集、图像预处理、圆形表盘及指针线识别、指针线角度计算、读数识别五方面的内容。现有技术中已经公开的方式有：1.《AutomaticAlignmentSystemBasedonCenterPointRecognitionofAnalogMeasuringInstrumentsDial》，IndustrialElectronicsSociety,IECON2013–39thAnnualConferenceoftheIEEE；2.《Pointer-TypeMeterReadingMethodResearchBasedonImageProcessingTechnology》，SecondInternationalConferenceonNetworksSecurity，WirelessCommunicationsandTrustedComputing(NSWCTC)，vol.1，pp.107，110，24-25，April2010；3.《Auto-recognitionmethodforpoint-typemeterbasedonbinocularvision》，JournaloftheInternationalMeasurementConfederation，2016；4.《AutomaticCalibrationofAnalogandDigitalMeasuringInstrumentsUsingComputerVision》，IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurement，VOL.49,NO.1,February2000；5.《someresultsonconditionnumbersofthescaledtotalleastsquaresproblem》，LinearAlgebraanditsapplications，vol.435,pp.674-686,August2011；6.硕士毕业论文：《智能变电站指针式仪表自动识别方法的研究》，电气工程，电气工程2016；7.《Computervisionappliedtotheautomaticcalibrationofmeasuringinstruments》，JournaloftheInternationalMeasurementConfederation(IMEKO),Measurement28(2000)185-195；8.《Studyonthecalibrationofanalogmeasuringinstrumentsystem》，ActaMetrologicaSinica,vol.30(z1),pp.192-195,December2009；9《EllipseDetectionUsingRandomizedHoughTransform》,FinalProjectIntroductiontoComputerVision,2002；10.《Scalableobjectdetectionusingdeepneuralnetworks》，InComputerVisionandPatternRecognition,2014.CVPR2014.IEEEConferenceon,2014；11.《NovelMethodofAutomaticRecognitionforAnalogMeasuringInstruments》，InternationalConferenceonManufacturingScienceandEngineering(ICMSE)2015；12.《Segmentationasselectivesearchforobjectrecognition》，InProceedingsofthe2011InternationalConferenceonComputerVision,ICCV’11,pages1879–1886,Washington,DC,USA,2011.IEEEComputerSociety；13.《Goingdeeperwithconvolutions》，ComputerScience,ComputerVisionandPatternRecognition,2014；14.《Segmentation-freeapproachesofcomputervisionforautomaticcalibrationofdigitalandanaloginstruments》，InternationalMeasurementConfederation,InstituteofMeasurementandControlElsevier,Measurement46(1):177-1842013；15.《基于机器视觉的指针式仪表读数识别系统研究》,机械设计及理论，吉林大学，2015，硕士论文。图像采集是指针式仪表识别的第一个步骤，为后续识别读数提供原材料。工业上一般采用摄像头并且固定位置进行指针式表盘图像的采集，后来随着红外摄像头的发展，在固定摄像头位置的基础上进行补光拍摄，使得采集到的图像较为清晰。图像预处理是进行仪表识别的第二个步骤，也是进行表盘检测与指针线检测重要的前驱步骤。它主要包括如下几个步骤：(1)图像去噪：通过某种滤波算法如高斯滤波算法，对采集到的图像进行去噪操作，得到一幅比较清晰的彩色图像。(2)二值化：由于如同RGB这样的彩色图像都是三通道的图像，而对图像的处理一般是基于像素的，对图像的处理就是基于矩阵的，将彩色三通道图像转换成灰度单通道图像，很大程度上减少了计算量，提高了后续处理的速度。(3)图像形态学处理及图像细化：通过形态学处理及图像细化操作，使得圆形表盘轮廓和指针线更加突出，方便后续表盘与指针线的检测。在预处理完成后，第三个步骤便是利用计算机视觉检测圆形表盘轮廓和指针所在的直线。通用的方法是利用Hough圆检测和Hough直线检测的方式，通过设置圆的大小阈值，找出表盘所在的圆形，通过设置直线长短的阈值，找出指针所在的直线。找到表盘所在的圆和指针线所在的直线以后，第四个步骤是计算指针线在表盘圆中的斜率，进而计算指针指向的读数角度所占总数的比例。最后一个步骤是计算读数，通过指针线指向的数在整个量程中所占的比例计算当前读数。工业上一般采用摄像头或者红外摄像头采集指针式仪表的图像，并且摄像头与指针式仪表是一对一的。采用这种方式采集到的表盘图像较为清晰，但是在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种指针式圆形多仪表盘实时读数识别方法，其特征在于,依次包括如下步骤：步骤1：利用移动设备实时获取指针式圆形多仪表盘的图像视频；步骤2：对获取的指针式圆形多仪表盘的图像视频进行分帧预处理；步骤3：对进行分帧预处理后的每帧图像数据进行边缘检测；步骤4：利用Hough变换检测指针式圆形多仪表盘的圆形表盘所在的多个圆，如果检测到对应的圆，则进入下一步骤，如果检测不到则返回步骤2；步骤5：对表盘感兴趣区域进行分割，分别分割出各个圆形表盘所在的外接矩形区域；步骤6：分别对各个圆形表盘所在的外接矩形区域的图像中的倾斜表盘进行校正；步骤7：利用Hough变换分别检测指针所在各个圆形表盘中的直线，如果检测到对应的直线，则进入下一步骤，如果检测不到则返回步骤2；步骤8：分别根据检测到的对应的直线的两个端点坐标，利用直线的斜截式方程得到对应指针线所在的直线的斜率k的值，计算出对应指针在量程区域内所扫过的角度θ；步骤9：根据对应指针线所在的直线的斜率k，最小刻度为vmin，最大刻度为vmax，指针线所指的刻度与最小刻度之间的夹角a，指针扫过的角度θ，待求解的读数为v，利用公式：v＝vmin+(vmax‑vmin)×(a÷θ)计算出当前对应指针式圆形多仪表盘中对应的读数。...

【技术特征摘要】
1.一种指针式圆形多仪表盘实时读数识别方法，其特征在于,依次包括如下步骤：步骤1：利用移动设备实时获取指针式圆形多仪表盘的图像视频；步骤2：对获取的指针式圆形多仪表盘的图像视频进行分帧预处理；步骤3：对进行分帧预处理后的每帧图像数据进行边缘检测；步骤4：利用Hough变换检测指针式圆形多仪表盘的圆形表盘所在的多个圆，如果检测到对应的圆，则进入下一步骤，如果检测不到则返回步骤2；步骤5：对表盘感兴趣区域进行分割，分别分割出各个圆形表盘所在的外接矩形区域；步骤6：分别对各个圆形表盘所在的外接矩形区域的图像中的倾斜表盘进行校正；步骤7：利用Hough变换分别检测指针所在各个圆形表盘中的直线，如果检测到对应的直线，则进入下一步骤，如果检测不到则返回步骤2；步骤8：分别根据检测到的对应的直线的两个端点坐标，利用直线的斜截式方程得到对应指针线所在的直线的斜率k的值，计算出对应指针在量程区域内所扫过的角度θ；步骤9：根据对应指针线所在的直线的斜率k，最小刻度为vmin，最大刻度为vmax，指针线所指的刻度与最小刻度之间的夹角a，指针扫过的角度θ，待求解的读数为v，利用公式：v＝vmin+(vmax-vmin)×(a÷θ)计算出当前对应指针式圆形多仪表盘中对应的读数。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2中所述分帧预处理为对每一帧图像依次进行滤波去噪处理、二值化处理、边缘检测处理、形态学处理处理、图像细化处理和图像增强处理。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤3中所述对进行分帧预处理后的每帧图像数据进行边缘检测是进行canny边缘检测，具体包括：3.1.求图像与高斯平滑滤波器的卷积，其中S[i,j]为所要求得卷积值，G[i,j；σ]为高斯平滑滤波器，I[i,j]为图像像素点：S[i,j]＝G[i,j；σ]*I[i,j]3.2.使用一阶有限差分计算偏...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢宏伟，唐守伟，于秋红，张华伟，李秀芬，胡宗刚，
申请(专利权)人：山东鲁能软件技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37