一种基于改进型图像处理算法的水表识别方法及相关装置制造方法及图纸

本申请公开了一种基于改进型图像处理算法的水表识别方法，该方法包括：采集水表图像数据；图像灰度化处理、图像二值化处理、图像高斯滤波处理水表图像数据；基于圆距判断水表表盘倾斜角度；基于子表盘圆心坐标、指针圆形圆心坐标及指针角平分线的多目标检测水表子表盘指针方向；结合表盘倾斜角度和子表盘指针方向输出读数。本发明专利技术提供了一种基于改进型图像处理算法的水表识别方法及相关装置，解决了现有技术中水表读数不准确的问题。有技术中水表读数不准确的问题。有技术中水表读数不准确的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进型图像处理算法的水表识别方法及相关装置


[0001]本专利技术涉及水表读数数据识别
，特别涉及一种基于改进型图像处理算法的指针型水表识别方法及设备。

技术介绍

[0002]当前，水表读数自动识别领域可分为两种实现方式，分别是智能机械计量和图像识别读数。智能机械计量水表是通过机械计量的方法记录当前水表读数，同时能够完成远程数据传输存储，安装方式需要换掉旧的水表，适用于新安装水表或者环境影响因素较小更换水表附加代价低的情况。图像识别读数水表是通过加装外挂摄像头，定时拍照水表图片，并通过智能算法识别得到当前水表读数，安装方式为在原有水表的基础上加装外挂摄像装置，完成水表图片拍摄及数据传输，适用于受环境因素影响更换水表附加代价高的情况。

技术实现思路

[0003]本申请提供一种基于改进型图像处理算法的水表识别方法及相关装置，本专利技术的目的在于解决现有技术采用神经网络识别指针方向，存在计算效率低、计算时间长、计算准确度受环境影响的问题。
[0004]本专利技术提出一种基于改进型图像处理算法的水表识别方法，包括：
[0005]采集水表图像数据；
[0006]图像灰度化处理水表图像数据、图像二值化处理水表图像数据、图像高斯滤波处理水表图像数据；
[0007]基于圆距判断水表表盘倾斜角度；
[0008]基于子表盘圆心坐标、指针圆形圆心坐标及指针角平分线的多目标检测水表子表盘指针方向；
[0009]结合表盘倾斜角度和子表盘指针方向输出读数。
[0010]采集水表图像数据包括：
[0011]通过数据采集设备拍摄指针型水表表盘，得到水表表盘图像，所述数据采集设备为外挂摄像头设备，加装于水表表盘之上，用于拍摄水表表盘图像，数据采集设备包括摄像头、灯光模块、嵌入芯片、网关模块。
[0012]图像二值化处理水表图像数据包括：
[0013]用单通道二维矩阵img表示水表灰度化图像数据，其中img的尺寸为水表图像像素大小(X,Y)，则单个像素点(x,y)的阈值T
x,y
为相邻b个像素点的平均值减去常量C，具体公式为：
[0014][0015][0016]其中，b为相邻像素点个数，为可调参数；C为常量，是可调参数；dst
x,y
为像素点(x,y)二值化后的像素值，经过二值化处理之后得到二维矩阵dst，dst是二值化后的图像矩阵，尺寸大小为(X,Y)。
[0017]图像高斯滤波处理水表图像数据包括：
[0018]根据待滤波的像素点及其领域点的灰度值按照高斯公式生成的参数规则进行加权平均，即以待滤波的像素点为中心，通过二维高斯公式计算得到3
×
3的权重滤波器G，让待滤波像素点为中心的3
×
3像素块进行权重G的加权平均得到待滤波点的像素值，二维高斯公式为：
[0019][0020][0021]其中，σ2为方差；filter
x,y
为像素点(x,y)高斯滤波后的像素值，经过高斯滤波之后得到二维矩阵filter，filter是高斯滤波后的图像矩阵，尺寸大小为(X,Y)。
[0022]基于圆距判断水表表盘倾斜角度之前，还包括识别水表表盘圆参数：
[0023]图像数据基于Marr
‑
Hildreth算子边缘检测进行边缘识别；
[0024]霍夫圆变换检测圆参数得到表盘圆心和半径数据。
[0025]基于圆距判断水表表盘倾斜角度具体包括：
[0026]根据得出的圆参数矩阵R的半径，选取最大半径的圆为表盘圆，得到表盘圆心O的坐标(x
O
,y
O
)，根据指针型水表的特性，除了首尾的2个子表盘，其余子表盘均与另外的2个子表盘相邻，即圆心距离较近，取出8个子表盘的圆参数，子表盘两两计算圆心距离得到8
×
8的距离矩阵RD，计算工具如下：
[0027][0028]设置相邻子表盘的圆心距阈值，从距离矩阵RD中选取只有一个值小于阈值的2个子表盘，这2个子表盘则为首尾子表盘，分别记为子表盘A和子表盘B，连接AB的圆心O
A
和O
B
，取线段O
A
O
B
的中点C，连接CO，直线CO的倾斜角度θ即为表盘的倾斜角度θ；
[0029][0030]让直线CO绕圆心O顺时针旋转，直线CO依次经过8个子表盘的圆心，记录1
‑
8子表盘顺序，顺序矩阵sort的尺寸为(8,2)，每行记录子表盘的圆心坐标。
[0031]基于子表盘圆心坐标、指针圆形圆心坐标及指针角平分线的多目标检测水表子表盘指针方向具体包括：
[0032]根据得出的圆参数矩阵R中子表盘的圆心坐标和半径，提取单个子表盘进行子表盘指针方向识别，通过子表盘的圆心Z坐标(x
Z
,y
Z
)和半径大小，复现出子表盘的表盘结构，
将子表盘图像数据减去复现的表盘结构图像数据能够得到子表盘的指针图像数据；
[0033]对指针图像数据再次经过霍夫圆变换检测圆计算，得到指针圆形的圆心z坐标(x
z
,y
z
)和半径大小，同时可以得到指针针头部分离圆最远端点D的像素坐标(x
D
,y
D
)以及两条边与圆相交点EF的像素坐标(x
E
,y
E
),(x
F
,y
F
)，指针角平分线可以表示为：
[0034]y＝k(x
‑
x
D
)+y
D
＝kx+(y
D
‑
kx
D
)
[0035]由于线段DE和线段DF的长度相等，根据全等三角形定理，点EF到角平分线的距离相等，即可表示为：
[0036][0037]可求得角平分线斜率k的值为：
[0038][0039]当两个圆的圆心Z和z坐标一致，且角平分线经过圆心坐标，则直线ZD为指针方向；
[0040]当两个圆的圆心Z和z坐标一致，且角平分线未经过圆心坐标，认为指针针头部分边缘检测出现误差，选取直线ZD为指针方向；
[0041]当两个圆的圆心Z和z坐标不一致，且角平分线经过其中一个圆心坐标，选取角平分线为指针方向；
[0042]当两个圆的圆心Z和z坐标不一致，且角平分线未经过任何一个圆心坐标，认为整个指针部分边缘检测出现误差，选取直线ZD为指针方向。
[0043]结合表盘倾斜角度和子表盘指针方向输出读数包括：
[0044]识别子表盘读数；
[0045]识别完整读数。
[0046]识别子表盘读数具体包括：
[0047]根据表盘倾斜角度和子表盘指针方向，能够计算得到子表盘与倾斜度之间的夹角值，计算公式为：
[0048][0049][005本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进型图像处理算法的水表识别方法，其特征在于，包括：采集水表图像数据；图像灰度化处理水表图像数据、图像二值化处理水表图像数据、图像高斯滤波处理水表图像数据；基于圆距判断水表表盘倾斜角度；基于子表盘圆心坐标、指针圆形圆心坐标及指针角平分线的多目标检测水表子表盘指针方向；结合表盘倾斜角度和子表盘指针方向输出读数。2.根据权利要求1所述的一种基于改进型图像处理算法的水表识别方法，其特征在于，所述采集水表图像数据包括：通过数据采集设备拍摄指针型水表表盘，得到水表表盘图像，所述数据采集设备为外挂摄像头设备，加装于水表表盘之上，用于拍摄水表表盘图像，数据采集设备包括摄像头、灯光模块、嵌入芯片、网关模块。3.根据权利要求1所述的一种基于改进型图像处理算法的水表识别方法，其特征在于，所述图像二值化处理水表图像数据包括：用单通道二维矩阵img表示水表灰度化图像数据，其中img的尺寸为水表图像像素大小(X,Y)，则单个像素点(x,y)的阈值T
x,y
为相邻b个像素点的平均值减去常量C，具体公式为：为相邻b个像素点的平均值减去常量C，具体公式为：其中，b为相邻像素点个数，为可调参数；C为常量，是可调参数；dst
x,y
为像素点(x,y)二值化后的像素值，经过二值化处理之后得到二维矩阵dst，dst是二值化后的图像矩阵，尺寸大小为(X,Y)。4.根据权利要求1所述的一种基于改进型图像处理算法的水表识别方法，其特征在于，所述图像高斯滤波处理水表图像数据包括：根据待滤波的像素点及其领域点的灰度值按照高斯公式生成的参数规则进行加权平均，即以待滤波的像素点为中心，通过二维高斯公式计算得到3
×
3的权重滤波器G，让待滤波像素点为中心的3
×
3像素块进行权重G的加权平均得到待滤波点的像素值，二维高斯公式为：式为：其中，σ2为方差；filter
x,y
为像素点(x,y)高斯滤波后的像素值，经过高斯滤波之后得到二维矩阵filter，filter是高斯滤波后的图像矩阵，尺寸大小为(X,Y)。5.根据权利要求1所述的一种基于改进型图像处理算法的水表识别方法，其特征在于，
所述基于圆距判断水表表盘倾斜角度之前，还包括识别水表表盘圆参数：图像数据基于Marr
‑
Hildreth算子边缘检测进行边缘识别；霍夫圆变换检测圆参数得到表盘圆心和半径数据。6.根据权利要求1所述的一种基于改进型图像处理算法的水表识别方法，其特征在于，所述基于圆距判断水表表盘倾斜角度具体包括：根据得出的圆参数矩阵R的半径，选取最大半径的圆为表盘圆，得到表盘圆心O的坐标(x
O
,y
O
)，根据指针型水表的特性，除了首尾的2个子表盘，其余子表盘均与另外的2个子表盘相邻，即圆心距离较近，取出8个子表盘的圆参数，子表盘两两计算圆心距离得到8
×
8的距离矩阵RD，计算工具如下：设置相邻子表盘的圆心距阈值，从距离矩阵RD中选取只有一个值小于阈值的2个子表盘，这2个子表盘则为首尾子表盘，分别记为子表盘A和子表盘B，连接AB的圆心O
A
和O
B
，取线段O
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李有毅，姜春涛，朱少华，潘力群，邹振东，黄东旭，
申请(专利权)人：佛山市电子政务科技有限公司，
类型：发明
国别省市：