一种基于坐标变换的指针式仪表度数识别方法技术

本发明专利技术涉及基于坐标变换的指针式仪表度数识别方法，包括以下步骤：获取相机拍摄的初始仪表图像，使用yolov4算法得到定位仪表图像，对定位仪表图像进行预处理，对预处理后的图像使用边缘检测算法提取仪表的椭圆刻度线圆弧，根据获取的椭圆刻度线圆弧，使用椭圆拟合获取仪表的拟合圆心，根据拟合圆心建立表盘坐标系，使用LSD直线检测算法检测指针，以图像拍摄点为圆心建立校正坐标系，根据校正坐标系和表盘坐标系获得坐标变换矩阵，获取指针仪表量程值和量程夹角，根据坐标变换矩阵得到最终仪表读数。与现有技术相比，本发明专利技术具有准确性高、适用性强等优点。适用性强等优点。适用性强等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于坐标变换的指针式仪表度数识别方法


[0001]本专利技术涉及仪表测量
，尤其是涉及一种基于坐标变换的指针式仪表度数识别方法。

技术介绍

[0002]机械式指针仪表以其结构简单、价格低廉、反映数据的及时性与准确性而在工业中得到了广泛的运用。在电力系统中，例如开关柜、站用电低压屏等设备均采用大量的指针式仪表进行仪器状态的实时监控，因此指针式仪表对于电力系统状态检测有着重要的不可替代的作用和意义，其读数一直是研究的重点。
[0003]但由于指针仪表设备所处环境复杂，在拍照并进行识别的过程中，图片难免出现反光、倾斜、噪声大等情况，使得对于这部分仪表的读数的识别误差较大，影响了读数的精确性，其中，倾斜导致的读数误差最为复杂，由于图像采集位置的不确定，往往会由于存在倾斜角度导致仪表读数与实际不符。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于坐标变换的指针式仪表度数识别方法。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]一种基于坐标变换的指针式仪表度数识别方法，包括以下步骤：
[0007]S1、获取相机拍摄的初始仪表图像；
[0008]S2、使用yolov4算法得到定位仪表图像；
[0009]S3、对定位仪表图像进行预处理，对预处理后的图像使用边缘检测算法提取仪表的椭圆刻度线圆弧；
[0010]S4、根据步骤S3获取的椭圆刻度线圆弧，使用椭圆拟合获取仪表的拟合圆心，根据拟合圆心建立表盘坐标系，使用LSD直线检测算法检测指针；
[0011]S5、以图像拍摄点为圆心建立校正坐标系，根据校正坐标系和表盘坐标系获得坐标变换矩阵；
[0012]S6、获取指针仪表量程值和量程夹角，根据坐标变换矩阵得到最终仪表读数。
[0013]进一步地，所述步骤S4中获取仪表的拟合圆心的具体步骤包括：
[0014]利用直接最小二乘法对边缘检测所得的椭圆刻度线圆弧进行多次椭圆拟合，并计算寻找每次拟合所得椭圆的圆心；对所得的所有椭圆圆心坐标进行统计，以出现次数最高的点作为该椭圆的圆心。
[0015]进一步地，所述步骤S4中检测指针的具体步骤包括使用LSD直线检测对仪表指针进行检测，取所检测直线段长度大于1/2R0的直线为仪表指针，其中，R0的大小为拟合圆心到椭圆刻度线圆弧的距离。
[0016]进一步地，所述步骤S5具体包括：
[0017]S501、以图像拍摄点O
’
为圆心，建立校正坐标系x
’
y
’
z
’
，x
’
y
’
z
’
轴分别平行于表盘坐标系的xyz轴；
[0018]S502、计算校正坐标系原点相对于表盘坐标系的yoz，xoz，xoy三个平面的距离a，b，c，得到O
’
在表盘坐标系上的坐标(
‑
a，b，c)、表盘坐标系原点O在校正坐标系上的坐标(a，
‑
b，
‑
c)和从O
’
点采集表盘上标示指针最顶端的点在校正坐标系上的坐标(a+x1，
‑
b，
‑
c+z1)，根据指针与表盘间的高度差表示指针的实际顶点在校正坐标系下的坐标，具体坐标表达式为：
[0019][0020][0021][0022]S503、根据S502中得到的坐标计算得到坐标变换矩阵T，计算表达式如下：
[0023]式中，d表示指针与表盘间的高度差，通过仪表数据手册获取。
[0024]进一步地，所述最终仪表读数计算步骤如下：
[0025]对坐标(a+x1,
‑
b,
‑
c+z1)使用坐标变换矩阵T进行坐标变换矫正，并将y轴上的数值置零，得到此时它在透视变换后圆盘上的坐标D及坐标D与x轴的夹角ε，利用角度法计算矫正后的正确读数num，具体计算表达式如下：
[0026][0027]式中，θ表示量程的总夹角大小，L表示量程值。
[0028]进一步地，所述步骤S6中指针仪表刻度计算方法具体包括：
[0029]S601、利用Hough圆检测算法检测刻度圆弧，并进行透视变换；再使用Hough直线检测算法检测直线轮廓，设定筛选条件进行筛选，获得刻度线，并进行透视变换；
[0030]S602、标记变换后的第一条刻度直线和最后一条刻度直线的所在位置及对应刻度，计算他们之间的刻度差L为量程值和夹角θ为量程夹角。
[0031]进一步地，所述刻度线的筛选条件如下：
[0032]直线轮廓的位置位于刻度圆弧内；
[0033]直线轮廓的长宽比大于1：4；
[0034]直线轮廓的最小外接矩形的方向指向圆心。
[0035]进一步地，所述步骤S2具体包括以下步骤：
[0036]S201、利用yolov4的主干特征提取网络Backbone进行主干特征提取；
[0037]S202、对提取到的特征利用SPP结构构建特征金字塔；
[0038]S203、使用K
‑
means算法对特征金字塔进行参数调整，并使用yolohead算法进行预测，获得仪表预置框；
[0039]S204、保留初始仪表图像处于仪表预置框内的图像，作为定位仪表图像。
[0040]进一步地，所述步骤S3中所述预处理步骤包括：
[0041]S301、利用自适应非线性中值滤波方法对图像进行平滑处理，去除图像噪音；
[0042]S302、对仪表图像进行自适应直方图均衡化；
[0043]S303、利用最大类间方差方法，将图像分为前景和背景两个部分。
[0044]进一步地，所述步骤S3中提取仪表边缘信息的具体步骤包括：使用Canny边缘检测算法检测预处理后的图像，得到边缘图像，对边缘图像进行闭运算，排除小型空洞，弥合狭窄的间断点、沟壑以及填补断裂的轮廓线，平滑检测轮廓，得到椭圆刻度线圆弧。
[0045]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0046]1、本专利技术采集各种角度的指针仪表图像后，依次进行预处理、圆心提取后分别建立表盘坐标系和校正坐标系以实现图片倾斜下的指针坐标变换，从而计算得到正确的指针仪表读数，该方法的适用性强，即使在图像采集困难的情况下也能获取读数，同时可通过测量不同角度的读数以验证其准确性，方法灵活。
[0047]2、本专利技术在获取仪表指针时以及直线轮廓时进行了线条筛选，确保了本专利技术的准确性。
附图说明
[0048]图1为本专利技术的流程示意图。
[0049]图2为本专利技术表盘坐标系和校正坐标系对应转换示意图。
[0050]图3为本专利技术角度计算示意图。
具体实施方式
[0051]下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于坐标变换的指针式仪表度数识别方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取相机拍摄的初始仪表图像；S2、使用yolov4算法得到定位仪表图像；S3、对定位仪表图像进行预处理，对预处理后的图像使用边缘检测算法提取仪表的椭圆刻度线圆弧；S4、根据步骤S3获取的椭圆刻度线圆弧，使用椭圆拟合获取仪表的拟合圆心，根据拟合圆心建立表盘坐标系，使用LSD直线检测算法检测指针；S5、以图像拍摄点为圆心建立校正坐标系，根据校正坐标系和表盘坐标系获得坐标变换矩阵；S6、获取指针仪表量程值和量程夹角，根据坐标变换矩阵得到最终仪表读数。2.根据权利要求1所述的一种基于坐标变换的指针式仪表度数识别方法，其特征在于，所述步骤S4中获取仪表的拟合圆心的具体步骤包括：利用直接最小二乘法对边缘检测所得的椭圆刻度线圆弧进行多次椭圆拟合，并计算寻找每次拟合所得椭圆的圆心；对所得的所有椭圆圆心坐标进行统计，以出现次数最高的点作为该椭圆的圆心。3.根据权利要求1所述的一种基于坐标变换的指针式仪表度数识别方法，其特征在于，所述步骤S4中检测指针的具体步骤包括使用LSD直线检测对仪表指针进行检测，取所检测直线段长度大于1/2R0的直线为仪表指针，其中，R0的大小为拟合圆心到椭圆刻度线圆弧的距离。4.根据权利要求1所述的一种基于坐标变换的指针式仪表度数识别方法，其特征在于，所述步骤S5具体包括：S501、以图像拍摄点O
’
为圆心，建立校正坐标系x
’
y
’
z
’
，x
’
y
’
z
’
轴分别平行于表盘坐标系的xyz轴；S502、计算校正坐标系原点相对于表盘坐标系的yoz，xoz，xoy三个平面的距离a，b，c，得到O
’
在表盘坐标系上的坐标(
‑
a，b，c)、表盘坐标系原点O在校正坐标系上的坐标(a，
‑
b，
‑
c)和从O
’
点采集表盘上标示指针最顶端的点在校正坐标系上的坐标(a+x1，
‑
b，
‑
c+z1)，根据指针与表盘间的高度差表示指针的实际顶点在校正坐标系下的坐标，具体坐标表达式为：为：为：S503、根据S502中得到的坐标计算得到坐标变换矩阵T，计算表达式如下：式中，d表...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄海晔，葛海华，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：