一种利用投影计算的指针式仪表识别方法技术

本发明专利技术涉及图像处理，具体为一种利用投影计算的指针式仪表识别方法；根据指针宽度，每隔一定角度选取一张模板图；将实际仪表图像与每张模板图模板匹配对齐；将对齐且灰度化后的模板、实际仪表对应像素做差，小于0值赋值为0，并将做差后的图像二值化；将二值化的图像在指针显示区域向水平和竖直方向做投影，然后计算投影在水平方向和竖直方向的长度，最后根据长度和角度的关系即可计算出指针角度。本方法解决了由于仪表表面复杂影响等信息干扰问题，有较强的鲁棒性，并通过投影关系计算出指针角度，大大减小了计算量，且有着较高的识别精度。

A Pointer Instrument Recognition Method Using Projection Computation

【技术实现步骤摘要】
一种利用投影计算的指针式仪表识别方法
本专利技术涉及图像处理
，多模板识别突出指针位置并投影计算指针角度，具体为一种利用投影计算的指针式仪表识别方法。
技术介绍
在变电站中，存在大量指针式仪表，仪表的识别极易受到环境的影响，当仪表表面存在干扰信息时，人工难以识别，且目前所用的智能机器人在图像处理方面满足不了实际精度需求，所以需要一种可精确识别指针仪表的方法。基于此，中国专利CN105426809A中提出了一种仪表指针自动识别的方法；该方法利用扇形扫描的方式提取轴心位置和指针的方向，并增加从指针方向得到得到相对应的读数的指针读数。具体的，通过将仪表指针区域自适应阈值二值化，然后将以该区域的中所有的点作分别为轴心，作形状相同的扇形区域，然后再分割成若干个细长条，统计该细长条中的指针所占比例。然后取所有细长条中比例最高的轴心则为指针轴心，对应细长条的角度即为指针角度。从而在无旋转偏移时，仍然可以得到指针角度。但是该方法的识别效果受其二值化效果的影响很大，并且需要遍历区域内所有点，导致仪表识别过程中的计算量大，其实时性不高。进一步的，中国专利CN106650746A中提出一种基于角度步长的变电站指针式仪表识别方法，该方法采用霍夫梯度法提取圆形刻度轮廓，然后在轮廓上选择匹配变量点，通过计算匹配点的Hu不变矩和模板的Hu不变矩计算图像的相似度，从而根据最大的相似度，得到指针的位置，再根据刻度与量程之间的关系，得到对应的指针示数，并采用角度步长进行遍历匹配，减小匹配区域，提高实时性。该方法利用仪表圆弧刻度信息，进行识别指针位置，并通过刻度得到示数具有一定可靠性，但是对于非圆形特征，以及仪表上具有其他圆弧信息干扰时，无法使用该方法。综上，现有的方法中大多数是利用仪表信息进行定位和识别，此类方法在仪表信息受环境影响或者是仪表表面信息复杂的情况下识别率不理想。
技术实现思路
基于现有技术存在的问题，本专利提出一种图片做差，最大限度利用指针信息，将寻找指针问题转换成差值问题，其计算速度快，识别精度高，步骤简单，很好的满足了实际需求。一种利用投影计算的指针式仪表识别方法，所述方法包括以下步骤：步骤一：选取多个不同角度的模板仪表图，将模板仪表图和实际仪表图进行模板匹配对齐；步骤二：将每个对齐且灰度化后的模板仪表图与实际仪表图对应像素做差，将做差后小于0的数值赋值为0，计算每个模板仪表图与实际仪表图相减运算后的像素和；得到像素和最大的结果作为检测仪表图；并将检测仪表图二值化；步骤三：将二值化后的检测仪表图在指针显示区域分别向水平和竖直方向做投影，分别计算投影在水平和竖直方向的长度；步骤四：根据水平和竖直方向投影长度与投影角度的关系，计算出指针角度，从而根据指针角度确定出仪表的读数。进一步的，所述将实际仪表图与模板图模板匹配对齐具体为：以[N,M]大小的模板仪表图的中点为中心，对包含图像2/3区域进行搜索，计算每个位置误差度：Xi,j表示实际仪表图在(i，j)的像素值；X′i,j表示模板仪表图在(i,j)的像素值；i表示横坐标，j表示纵坐标；找到误差度最小位置对齐。进一步的，所述步骤二包括当实际仪表图中的背景像素值大于指针像素时，则用模板仪表图与对齐后的实际仪表图进行对应像素相减；当相减后的值小于0时就赋值为0；当实际仪表图中的背景像素值小于指针像素时；则用对齐后的实际仪表图减去模板仪表图的对应像素，当相减后的值小于0时就赋值为0；分别计算每个模板图相减运算后的像素和；将像素和最大的结果作为检测仪表图，并将该图进行二值化。进一步的，所述步骤三包括以指针的旋转中心作为坐标轴原点，建立二维直角坐标轴，以指针的最大长度作为x轴和y轴的区域界限；根据仪表的最大旋转角度，确定出进行投影的象限，计算出每个象限的水平投影即每行像素和Ix，以及竖直投影即每列像素和Iy；根据仪表指针宽度确定出宽度阈值Th，即从旋转中心为起点的2/3指针处的指针宽度，作为宽度阈值；可人为设置。当在每行或者每列的像素和超过宽度阈值时则将Ix或者Iy赋值为1；计算在水平方向和竖直方向中连续1的个数，即分别对应为水平方向dx和竖直方向指针投影长度dy；其中，X(x,y)表示在坐标(x,y)中的像素值；表示x轴的区域界限；表示y轴的区域界限。进一步的，所述指针角度的计算公式为dx表示水平方向的指针投影长度；dy表示竖直方向的指针投影角度。本专利技术的有益效果：本方法解决了由于仪表表面复杂影响等信息干扰问题，利用多个模板作差的方法，使得仪表位置更加突出，有较强的鲁棒性，并通过投影关系计算出指针角度，很大程度减小了计算量，有着较高的识别精度。并且本方法需要设置的参数简单，只需要简单的参数调节，即可识别出指针读数。对于宽指针或者指针宽度变化大的仪表识别效果更加显著。附图说明图1为本专利技术采用的方法流程图；图2为本专利技术选取的模板图；图3为本专利技术待检测仪表图；图4为本专利技术对齐后与模板的作差图；图5为本专利技术结果二值化后的仪表图投影示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。一种利用投影计算的指针式仪表识别方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：步骤一：选取多个不同角度的模板仪表图，可参考图2，图2给出了其中一个角度的模板仪表图，其他不同角度的模板仪表图也可类似获取；将模板仪表图和如图3所示的实际仪表图进行模板匹配对齐；当然实际仪表图是从大量的指针式仪表中获取而来，本专利技术仅仅只是给出了一个例子。步骤二：将每个对齐且灰度化后的模板仪表图与实际仪表图对应像素做差，将做差后小于0的数值赋值为0，如图4所示，计算每个模板仪表图与实际仪表图相减运算后的像素和；得到像素和最大的结果作为检测仪表图；并将检测仪表图二值化；其中，将做差后小于0的数值赋值为0可以使得实际仪表图的指针能够突出显示，而不会对其他图像造成影响。步骤三：将二值化后的检测仪表图在指针显示区域分别向水平和竖直方向做投影，如图5所示；分别计算投影在水平和竖直方向的长度；步骤四：根据水平和竖直方向投影长度与投影角度的关系，计算出指针角度，从而根据指针角度确定出仪表的读数。进一步的，所述将实际仪表图与模板图模板匹配对齐具体为：以[N,M]大小的模板仪表图的中点为中心，对包含图像2/3区域进行搜索，计算每个位置误差度：Xi,j表示实际仪表图在(i，j)的像素值；X′i,j表示模板仪表图在(i,j)的像素值；i表示横坐标，j表示纵坐标；找到误差度最小位置对齐。进一步的，所述步骤二包括当实际仪表图中的背景像素值大于指针像素时，则用模板仪表图与对齐后的实际仪表图进行对应像素相减；当相减后的值小于0时就赋值为0；当实际仪表图中的背景像素值小于指针像素时；则用对齐后的实际仪表图减去模板仪表图的对应像素，当相减后的值小于0时就赋值为0；分别计算每个模板图相减运算后的像素和；将像素和最大的结果作为检测仪表图，并将该图进行二值化。进一步的，所述步骤三包括以指针的旋转中心作为坐标轴原点，建立二维直角坐标轴，以指针的最大长度作为x轴和y轴的区域界限；根据仪表的最大旋转角度，例如图3中的仪表的最大旋转角度为60本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用投影计算的指针式仪表识别方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一：选取多个不同角度的模板仪表图，将模板仪表图和实际仪表图进行模板匹配对齐；步骤二：将每个对齐且灰度化后的模板仪表图与实际仪表图对应像素做差，将做差后小于0的数值赋值为0，计算每个模板仪表图与实际仪表图相减运算后的像素和；得到像素和最大的结果作为检测仪表图；并将检测仪表图二值化；步骤三：将二值化后的检测仪表图在指针显示区域分别向水平和竖直方向做投影，分别计算投影在水平和竖直方向的长度；步骤四：根据水平和竖直方向投影长度与投影角度的关系，计算出指针角度，从而根据指针角度确定出仪表的读数。

【技术特征摘要】
1.一种利用投影计算的指针式仪表识别方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一：选取多个不同角度的模板仪表图，将模板仪表图和实际仪表图进行模板匹配对齐；步骤二：将每个对齐且灰度化后的模板仪表图与实际仪表图对应像素做差，将做差后小于0的数值赋值为0，计算每个模板仪表图与实际仪表图相减运算后的像素和；得到像素和最大的结果作为检测仪表图；并将检测仪表图二值化；步骤三：将二值化后的检测仪表图在指针显示区域分别向水平和竖直方向做投影，分别计算投影在水平和竖直方向的长度；步骤四：根据水平和竖直方向投影长度与投影角度的关系，计算出指针角度，从而根据指针角度确定出仪表的读数。2.根据权利要求1所述的一种利用投影计算的指针式仪表识别方法，其特征在于，所述将实际仪表图与模板图模板匹配对齐具体为：以[N,M]大小的模板仪表图的中点为中心，对包含图像2/3区域进行搜索，计算每个位置误差度：Xi,j表示实际仪表图在(i，j)的像素值；X′i,j表示模板仪表图在(i,j)的像素值；i表示横坐标，j表示纵坐标；找到误差度最小位置对齐。3.根据权利要求1所述的一种利用投影计算的指针式仪表识别方法，其特征在于，所述步骤二包括当实际仪表图中的背景像...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐云丰，吕青松，施宇星，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50