[发明专利]高鲁棒仪表指针图像识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像处理领域，特别涉及一种指针式仪表的读数自动识别方法，具体地，涉及一种高鲁棒仪表指针图像识别方法。

背景技术

指针式仪表在工业中有着广泛应用，在电力系统、工业生产、石油化工等领域，需要对仪表进行实时监控或者定时巡检，以保证参数正常，系统平稳运行。传统的监控、巡检方式，依靠人工对仪表监控，是一项枯燥繁琐的工作，需要耗费大量的人力，并且监测结果容易受到主观影响，存在很多隐患以及不便。

随着图像处理的发展，由计算机代替人进行监控、巡检成为可能。其核心就是利用图像处理技术，获取指针式仪表的读数。专利申请号为200520093025.7，专利名为《模拟压力表数字读数装置》的中国专利中，公开了一种用机器视觉代替人眼对模拟压力表进行读数的装置，但是该方法要求能事先准确获得指针旋转的圆心位置，因而很大程度限制了其使用范围。专利申请号为200910042108.6，专利名为《一种读取指针式表示值的图像处理方法》的中国专利中，公开了一种读取指针式表示值的图像处理方法。该方法选取长度相等的三条刻度线上的三个对应点，并计算通过三点的圆，得出圆心。但是该方法对环境要求高，在实际情况下由于光线影响、摄像机失焦等将难以提取刻度线，因此难以定位仪表。对仪表表盘的精确定位是指针仪表识别的重要前提，但是现有的相关专利所述方法在实际条件下都难以稳定工作。除了仪表的精确定位问题外，现有的专利中，对于光线问题、仪表的遮挡问题也都没有考虑，因此，鲁棒性较差，限制了其在实际环境下的使用。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种高鲁棒的仪表指针图像识别方法。

根据本发明的一个方面，提供一种高鲁棒仪表指针图像识别方法，其特征在于，包括依次执行的离线标定阶段的步骤和在线识别阶段的步骤，其中：

所述离线标定阶段的步骤包括：调整好摄像头，使其对准仪表表盘，进行图像采集(101)；对所采集图像进行图像预处理(102)；在图像上取一个区域作为标记，进行标记学习(103)；在仪表位置标定(104)，仪表特性学习(105)之后，确定指针识别方法以及指针识别参数(106)，并且建立数据库将标定结果予以保存(107)；

所述在线识别阶段的步骤包括：先进行图像采集(101)，在对所采集图像进行图像预处理(108)后，通过仪表定位(109)得到仅包含表盘区域的图像，而后进行图像灰度调整(110)，指针提取(111)，最后完成指针读数计算(112)。

优选地，所述图像预处理(102)、(108)包括步骤：对图像进行颜色空间转换、分解，得到色调空间、饱和度空间、灰度空间下的图像，分别记为色调图像、饱和度图像以及灰度图像，并且进行图像增强、中值滤波处理。

优选地，所述标记学习(103)包括步骤：选择一个颜色空间，将此空间下图像中一块纹理信息丰富的区域作为标记，对其建立并学习模板，并且计算此模板区域的平均灰度值；所述仪表位置标定(104)包括步骤：记录仪表表盘轮廓、计算模板所在区域到表盘区域的齐次变换矩阵、模板所在区域到指针旋转中心区域的齐次变换矩阵、模板所在区域与仪表表盘轮廓上的点序列的齐次变换矩阵序列。

优选地，所述仪表特性学习(105)包括步骤：确定该仪表的指针特性、以及仪表量程与指针偏转角度的关系，其中，所述指针特性包括指针数目和指针粗细类型。

优选地，所述确定指针识别方法以及指针识别参数(106)包括如下任一步骤：

-在图像中绘制出矩形框，使其包含当前指针的所在位置；若所述指针粗细类型为粗指针，则将中心投影法确定为指针识别方法，在所述矩形框内，分别在灰度图像、色调图像、饱和度图像上，在表盘区域内，向指针旋转中心投影；或者

-在图像中绘制出矩形框，使其包含当前指针的所在位置；若所述指针粗细类型为细指针，则将Hough变换确定为指针识别方法，在所述矩形框内，依次在灰度图像、色调图像、饱和度图像上，在表盘区域内，利用Hough变换检测直线。

优选地，所述建立数据库将标定结果予以保存(107)包括步骤：保存如下任一个或任多个标定结果：由标记生成的模板、模板所属的颜色空间、模板区域的平均灰度值、模板所在区域到表盘区域的齐次变换矩阵、模板所在区域到指针旋转中心区域的齐次变换矩阵、模板所在区域与仪表表盘轮廓上的点序列的齐次变换矩阵序列、仪表指针数目、指针粗细类型、仪表量程与指针偏转角度的关系、指针的识别方法、指针的识别参数。