專利名稱：一種儀表指針自動檢測識別方法及自動讀數(shù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計算機應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域的圖像處理與識別技術(shù)，特別是涉及一種儀表指針自動檢測識別方法及自動讀數(shù)方法。
背景技術(shù)：
目前0.5級以上各種模擬指示(指針式)標(biāo)準(zhǔn)交、直流電表在電量測量中占據(jù)很重要的作用，在我國電力系統(tǒng)、鐵路系統(tǒng)、儀表生產(chǎn)企業(yè)、大中型電子企業(yè)、全國各省市計量部門中仍然使用十分廣泛。幾十年來，我國電學(xué)計量行業(yè)普遍采用繁重的人工儀表檢定方式來對儀表進行校驗檢定，需要人手觸摸開關(guān)來控制電量輸出，同時人眼睛注視被檢儀表的指針位置，并需要記錄數(shù)據(jù)。2～3個小時才能檢測一塊多量程的儀表(不包括數(shù)據(jù)處理)，檢定人員已疲勞不堪了。采用人工操作來檢表，工作強度大，效率低，存在人為誤差，自動化程度低，人為因素大，缺乏客觀科學(xué)評定檢測標(biāo)準(zhǔn)及依據(jù)。要檢測儀表的指針讀數(shù)，核心問題是解決儀表指針直線的自動圖像識別問題。近年來研究的一些智能化方法大多應(yīng)用Hough變換來進行檢測，但Hough變換計算量大、存儲量大、檢測精度不高，且檢測容易受到噪聲干擾，無法實際應(yīng)用到實際實時檢測系統(tǒng)。
Hough變換是計算機圖像處理中的一種常用方法，其基本原理是把二值圖變換到Hough參數(shù)空間，該空間由累加器組成，而累加器是直線參數(shù)的函數(shù)。二值圖像中直線可用如下方程表示
y＝mx+b其中(x，y)是直線上點在二值圖中的坐標(biāo)，m代表直線的斜率，b代表直線在y軸上的截距。在Hough參數(shù)空間直線方程可表示為ρ＝xcos(θ)+ysin(θ)Hough變換為自動識別儀表指針提供了理論指引，為找到指針直線段，可建立一個在ρ，θ空間的二維直方圖，對每個儀表圖像的點(xi，yi)，將計算Hough變換對應(yīng)的ρ，θ空間的直方圖并做相應(yīng)的累加計數(shù)，對所有點變換完后，對ρ，θ空間的直方圖進行局部最大值搜索，從而獲得儀表指針直線段的參數(shù)(ρ0，θ0)。
所以可以通過Hough變換的指引，研發(fā)一種行之有效的儀表指針自動檢測識別方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于中心投影方法的指針式電量儀表的指針刻度的自動檢測識別方法。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種儀表指針的自動讀數(shù)方法。
為了達(dá)到本發(fā)明的第一目的，采用的技術(shù)方案如下一種儀表指針自動檢測識別方法，包括如下步驟(1)、采集儀表圖像信息；(2)、預(yù)處理儀表圖像信息；(3)、通過Hough變換確定儀表圖像中的指針的原點位置；(4)、通過中心投影方法確定指針的位置。
上述技術(shù)方案中，所述步驟(2)預(yù)處理儀表圖像信息包括(2A)、變灰度圖像，使儀表圖像成為數(shù)字化的灰度圖像；
(2B)、圖像增強，包括中值濾波去除儀表圖像的噪聲、圖像灰度拉伸以增加儀表圖像的對比度；(2C)、通過邊緣檢測算子檢測儀表圖像中的指針形狀；(2D)、儀表圖像二值化。
所述的中值濾波法去除儀表圖像中的噪聲，先掃描整幅圖像g(x，y)，將各中心象素點及其八鄰域的點按灰度大小排序，以正中間點的灰度值代替原中心象素的灰度值。
所述的圖像灰度拉伸首先掃描整幅圖像g(x，y)，如果g(x，y)的灰度小于50，則g(x，y)的值賦0，如果g(x，y)的灰度大于200，則g(x，y)的值賦為255，如果g(x，y)的值介于50和200之間，則按g(x,y)-50200-50×255]]>計算的結(jié)果賦值，即按如下公式對g(x，y)賦值；g(x,y)=0g(x,y)<50g(x,y)-50200-50×2550<g(x,y)<50255g(x,y)>200.]]>根據(jù)對圖像灰度的分析可以知道，指針處的灰度和周圍像素的灰度不同，而且有較大變化，因此可以用邊緣檢測算子來檢測指針形狀，采用如下垂直算子實現(xiàn)-1-2-1000121.]]>所述的圖像二值化的具體方法是先確定一個范圍在0到255之間的閾值T，儀表圖像中像素大于T的灰度設(shè)置為255，小于T的設(shè)置為0，即通過如下公式賦值g(x,y)=0g(x,y)<T255g(x,y)≥T.]]>上述技術(shù)方案中，所述步驟(3)通過Hough變換確定儀表圖像中的指針的原點位置，可通過Hough變換檢測儀表指針在不同的兩個位置時所對應(yīng)的直線，通過所述兩條直線的交點確定指針原點。優(yōu)選的做法是通過Hough變換檢測儀表指針在零刻度位置和滿刻度位置，通過在這兩個位置上檢測識別出指針?biāo)鶎?yīng)的兩條直線，通過這兩條直線的交點可確定指針原點。
確定指針原點后，再通過中心投影法確定指針的具體位置，具體做法是先確定兩個參數(shù)，角度θ和數(shù)組A(θ)，然后將儀表圖像上的特征點向指針原點進行中心投影，每個投影點都對應(yīng)一個角度θ，每個角度對應(yīng)一個數(shù)組A(θ)，當(dāng)儀表圖像中有一個象素點投向角度θ時，這個角度θ對應(yīng)的數(shù)組A(θ)進行計數(shù)累加，最后對角度數(shù)組A(θ)進行局部最大值的搜索，最大值所對應(yīng)的角度θ即為當(dāng)前指針的角度值，通過指針的角度值確定指針的位置。
為了實現(xiàn)第二發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種儀表指針自動讀數(shù)方法，包括如下步驟(1)、采集儀表圖像信息；(2)、預(yù)處理儀表圖像信息；(3)、通過Hough變換確定儀表圖像中的指針的原點位置；(4)、通過中心投影方法確定指針的位置；(5)、計算儀表指針的讀數(shù)。
本技術(shù)方案采用第一技術(shù)方案確定儀表圖像中指針的位置，即角度值θ*，然后按照如下公式計算該指針?biāo)鶎?yīng)的讀數(shù)值d=θ*-θ0θ1-θ0×D,]]>其中θ0為零刻度時指針對應(yīng)的角度，θ1為滿刻度時指針對應(yīng)的角度，D為儀表的總量程。
對比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(1)、本發(fā)明通過自動檢測識別儀表指針，避免人眼檢測帶來的人為誤差和視覺誤差，并且可以大大降低勞動強度、節(jié)省人力物力；(2)、本發(fā)明可通過計算機自動處理，大大提高檢測的效率，縮短檢測儀表的時間；(3)、本發(fā)明基于Hough變換及中心投影理論指引，所以檢測識別結(jié)果準(zhǔn)確可靠；(4)、本發(fā)明再利用計算機圖像處理技術(shù)，大大增強了識別結(jié)果的可靠性。


圖1為本發(fā)明的硬件設(shè)備組成方框圖；圖2為本發(fā)明的儀表指針識別及讀數(shù)程序流程圖；圖3為本發(fā)明的預(yù)處理儀表圖像流程圖；圖4為本發(fā)明的儀表指針原點定位程序流程圖；圖5為本發(fā)明的儀表指針中心投影檢測程序流程圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明。
實施本發(fā)明的一種硬件設(shè)備框圖如附圖1所示，包括微型計算機1、攝像頭2、存儲設(shè)備3、打印機4，攝像頭2、存儲設(shè)備3、打印機4分別與微型計算機1連接，通過微型計算機1控制攝像頭2進行儀表圖像實時采集，對攝像頭2采集的指針式儀表圖像進行預(yù)處理，再通過兩次Hough變換確定一個儀表指針的中心點位置，最后根據(jù)計算儀表圖像的中心投影，利用中心投影中的峰值找到儀表的指針位置。
本發(fā)明利用高分辨率攝像頭2進行高精度的圖像采集，可進行更高精度的儀表指針讀數(shù)檢測；而且數(shù)據(jù)可以自動進行存儲到存儲設(shè)備3上，方便信息化管理；并且如果需要，還可以隨時將識別信息通過打印機4打印出來。
本實施例自動讀出儀表指針的值，其具體流程如附圖2所示，包括如下步驟(1)、采集儀表圖像信息；(2)、預(yù)處理儀表圖像信息；(3)、通過Hough變換確定儀表圖像中的指針的原點位置；(4)、通過中心投影方法確定指針的位置；(5)、計算儀表指針的讀數(shù)。
其中，步驟(2)預(yù)處理儀表圖像信息的流程圖如附圖3所示，具體包括(2A)、變灰度圖像，使儀表圖像成為數(shù)字化的灰度圖像；(2B)、圖像增強，包括中值濾波去除儀表圖像的噪聲、圖像灰度拉伸以增加儀表圖像的對比度；所述的中值濾波法去除儀表圖像中的噪聲，先掃描整幅圖像g(x，y)，將各中心象素點及其八鄰域的點按灰度大小排序，以正中間點的灰度值代替原中心象素的灰度值。
所述的圖像灰度拉伸首先掃描整幅圖像g(x，y)，如果g(x，y)的灰度小于50，則g(x，y)的值賦0，如果g(x，y)的灰度大于200，則g(x，y)的值賦為255，如果g(x，y)的值介于50和200之間，則按g(x,y)-50200-50×255]]>計算的結(jié)果賦值，即按如下公式對g(x，y)賦值；g(x,y)=0g(x,y)<50g(x,y)-50200-50×2550<g(x,y)<50255g(x,y)>200.]]>(2C)、通過邊緣檢測算子檢測儀表圖像中的指針形狀；
根據(jù)對圖像灰度的分析可以知道，指針處的灰度和周圍像素的灰度不同，而且有較大變化，因此可以用邊緣檢測算子來檢測指針形狀，采用如下垂直算子實現(xiàn)-1-2-1000121.]]>(2D)、儀表圖像二值化。
所述的圖像二值化的具體方法是先確定一個范圍在0到255之間的閾值T，儀表圖像中像素大于T的灰度設(shè)置為255，小于T的設(shè)置為0，即通過如下公式賦值g(x,y)=0g(x,y)<T255g(x,y)≥T.]]>本實施例的步驟(3)通過Hough變換確定儀表圖像中的指針的原點位置，其流程如附圖4所示，可通過Hough變換檢測儀表指針在不同的兩個位置時所對應(yīng)的直線，通過所述兩條直線的交點確定指針原點。優(yōu)選的做法是通過Hough變換檢測儀表指針在零刻度位置和滿刻度位置，通過在這兩個位置上檢測識別出指針?biāo)鶎?yīng)的兩條直線，通過這兩條直線的交點可確定指針原點。
確定指針原點后，再通過步驟(4)的中心投影法確定指針的具體位置，如附圖5所示，具體做法是先確定兩個參數(shù)，角度θ和數(shù)組A(θ)，然后將儀表圖像上的特征點向指針原點進行中心投影，每個投影點都對應(yīng)一個角度θ，每個角度對應(yīng)一個數(shù)組A(θ)，當(dāng)儀表圖像中有一個象素點投向角度θ時，這個角度θ對應(yīng)的數(shù)組A(θ)進行計數(shù)累加，最后對角度數(shù)組A(θ)進行局部最大值的搜索，最大值所對應(yīng)的角度θ即為當(dāng)前指針的角度值，通過指針的角度值確定指針的位置。
確定儀表圖像中指針的位置后，即角度值θ*，步驟(5)按照如下公式計算該指針?biāo)鶎?yīng)的讀數(shù)值d=θ*-θ0θ1-θ0×D,]]>其中θ0為零刻度時指針對應(yīng)的角度，θ1為滿刻度時指針對應(yīng)的角度，D為儀表的總量程。
最后可對本實施例進行存儲及打印，方便信息管理。
權(quán)利要求
1.一種儀表指針自動檢測識別方法，其特征在于包括如下步驟(1)、采集儀表圖像信息；(2)、預(yù)處理儀表圖像信息；(3)、通過Hough變換確定儀表圖像中的指針的原點位置；(4)、通過中心投影方法確定指針的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儀表指針自動檢測識別方法，其特征在于所述步驟(2)預(yù)處理儀表圖像信息包括(2A)、變灰度圖像，使儀表圖像成為數(shù)字化的灰度圖像；(2B)、圖像增強，包括中值濾波去除儀表圖像的噪聲、圖像灰度拉伸以增加儀表圖像的對比度；(2C)、通過邊緣檢測算子檢測儀表圖像中的指針形狀；(2D)、儀表圖像二值化。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的儀表指針自動檢測識別方法，其特征在于所述的圖像灰度拉伸首先掃描整幅儀表圖像g(x，y)，如果g(x，y)的灰度小于50，則將g(x，y)的值賦為0，如果g(x，y)的灰度大于200，則將g(x，y)的值賦為255，如果g(x，y)的值介于50和200之間，則按g(x,y)-50200-50×255]]>的結(jié)果給g(x，y)賦值。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的儀表指針自動檢測識別方法，其特征在于所述的邊緣檢測算子檢測儀表圖像中的指針形狀采用垂直算子，所述垂直算子為-1 -2-10 001 21
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的儀表指針自動檢測識別方法，其特征在于所述的圖像二值化先確定一個范圍在0到255之間的閾值T，再將儀表圖像中像素大于T的灰度設(shè)置為255，小于T的設(shè)置為0。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的儀表指針自動檢測識別方法，其特征在于所述步驟(3)通過Hough變換檢測儀表指針在兩個不同位置時所對應(yīng)的直線，通過所述兩條直線的交點確定指針原點。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的儀表指針自動檢測識別方法，其特征在于所述Hough變換檢測儀表指針?biāo)诘膬蓚€不同位置為零刻度位置和滿刻度位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的儀表指針自動檢測識別方法，其特征在于所述步驟(4)確定兩個參數(shù)，角度θ和數(shù)組A(θ)，然后將儀表圖像上的特征點向指針原點進行中心投影，每個投影點都對應(yīng)一個角度θ，每個角度對應(yīng)一個數(shù)組A(θ)，當(dāng)儀表圖像中有一個象素點投向角度θ時，這個角度θ對應(yīng)的數(shù)組A(θ)進行計數(shù)累加，最后對角度數(shù)組A(θ)進行局部最大值的搜索，最大值所對應(yīng)的角度θ即為當(dāng)前指針的角度值，通過指針的角度值確定指針的位置。
9.一種使用權(quán)利要求1所述的儀表指針自動檢測識別方法的儀表指針自動讀數(shù)方法，其特征在于包括如下步驟(1)、采集儀表圖像信息；(2)、預(yù)處理儀表圖像信息；(3)、通過Hough變換確定儀表圖像中的指針的原點位置；(4)、通過中心投影方法確定指針的位置；(5)、計算儀表指針的讀數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的儀表指針自動讀數(shù)方法，其特征在于所述步驟(5)根據(jù)步驟(4)檢測出來的指針位置信息，即角度值θ*，按照如下公式計算該指針?biāo)鶎?yīng)的讀數(shù)值d=θ*-θ0θ1-θ0×D,]]>其中θ0為零刻度時指針對應(yīng)的角度，θ1為滿刻度時指針對應(yīng)的角度，D為儀表的總量程。
全文摘要
本發(fā)明提供一種儀表指針自動檢測識別方法及自動讀數(shù)方法，主要包括采集儀表圖像、儀表圖像的預(yù)處理、應(yīng)用Hough變換進行指針原點檢測、計算儀表圖像的中心投影點來檢測識別儀表指針位置等步驟，再在檢測識別指針位置的基礎(chǔ)上讀出指針的值。本發(fā)明自動對儀表指針進行檢測識別，能克服人眼檢表時出現(xiàn)的人為誤差和視覺誤差、效率低下等缺點，具有計算速度快，識別準(zhǔn)確度高、人為因素小、方便進行自動化信息處理等優(yōu)點。
文檔編號G01D18/00GK1693852SQ20051003294
公開日2005年11月9日 申請日期2005年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月28日
發(fā)明者金連文, 陳彬 申請人:華南理工大學(xué)