[发明专利]一种指针式仪表读数识别方法

权利要求书

1.一种指针式仪表读书识别方法，其特征在于，包括：

(1)对待识别仪表图像进行定位并提取表盘，同时采用仿射变换的方式矫正表盘得到矫正后的表盘图像；

(2)对矫正后的表盘图像进行霍夫圆检测，得到表盘的预测圆心和预测半径，同时利用矫正后的表盘图像的中心对预测结果进行验证；其中，由对预测圆心进行验证，(x_h,y_h)表示圆检测得到的预测圆心，(x_c,y_c)表示矫正后的表盘图像的中心，W表示矫正后的表盘图像的宽度，H表示矫正后的表盘图像的高度；由对预测半径进行验证，r表示预测半径，l表示矫正后的表盘图像边长较短的一边；

(3)对矫正后的表盘图像采用霍夫直线检测的方式检测指针，并检测出指针的角度；具体的，对矫正后的表盘图像进行二值化处理得到二值化图像，对二值化图像进行细化处理，对细化处理后的图像进行Hough直线检测；对于由Hough直线检测筛选出的直线，由做进一步筛选，其中，d表示圆心到直线的距离，W表示矫正后的表盘图像的宽度，H表示矫正后的表盘图像的高度，theta表示检测的直线角度，b表示截距，theta'表示所有筛选出的直线的角度平均值，b'表示所有筛选出的直线的截距平均值；若进一步筛选中没有符合要求的直线，则认为指针直线的参数b和theta为默认值0；

(4)基于表盘上刻度连通域的特征，将二值化图像进行4连通域标记，并由筛选符合要求的连通域，其中，wid表示连通域的宽度，hei表示连通域的高度，W表示矫正后的表盘图像的宽度，H表示矫正后的表盘图像的高度，len表示连通域中像素的个数，k表示连通域拟合直线的斜率，δ表示最小二乘法拟合直线的均方误差，并对筛选出的连通域分别进行线性拟合得到各连通域对应的拟合直线，并求取拟合直线的交点作为待选圆心，根据指针的角度和预测圆心，由对待选圆心进行筛选得到筛选后的交点，其中，(x,y)表示待选圆心，(x_c,y_c)表示矫正后的表盘图像的中心，(x_point1,y_point1)表示模板仿射点中的最小刻度点，(x_point3,y_point3)表示模板仿射点中的最大刻度点，y_point2表示模板仿射点中的中间刻度点的纵坐标，计算筛选后的交点的平均值得到均值圆心，分别计算均值圆心与预测圆心到指针直线的距离，将距离较小的点作为表盘的圆心，确定表盘的圆心；

(5)根据圆心到各拟合直线的距离筛选出满足预设要求的目标拟合直线，计算目标拟合直线对应连通域的质心，通过冒泡法对各质心到圆心的距离进行排序，寻找距离差小于第一预设阈值的最大距离和最小距离，并由对最大距离与最小距离之间的距离平均值R进行验证，其中，R_h表示预测半径，若验证通过，则将距离平均值作为表盘的半径；

(6)根据表盘的圆心和半径得到表盘的圆弧刻度图，通过坐标变换将圆弧刻度图矩形化，得到矩形刻度图；其中，由将圆弧刻度图矩形化，得到矩形刻度图，其中，圆弧刻度图中坐标(x,y)在矩形刻度图中对应的点是(x₁,y₁)，(x₀,y₀)表示圆心坐标，R表示表盘的半径；

(7)根据模板仿射点，检测并定位到矩形刻度图的最小刻度与最大刻度，根据最小刻度与最大刻度对矩形刻度图进行剪切，并根据刻度连通域质心的横坐标，对剪切后的矩形刻度图进行还原重建；其中，将矩形刻度图进行局部二值化处理，利用二值化后的矩形刻度图中的模板仿射点的横坐标，根据预设搜索条件在模板仿射点的预设搜索范围内进行最小刻度与最大刻度的搜索，其中，预设搜索条件为：在预设搜索范围内遍历每一列像素，若某一列连续白色像素点个数超过第二预设阈值，则认为该列是最小刻度或者最大刻度；预设搜索范围为：以模板仿射点的横坐标为中心，向左右两端各扩展的m个刻度长度，其中，单位刻度长度为：Range为刻度个数；若未搜索到有效的最小刻度与最大刻度，则将模板仿射点中的最小刻度点作为矩形刻度图的最小刻度，将模板仿射点中的最大刻度点作为矩形刻度图的最大刻度；

(8)根据刻度连通域质心的横坐标的分布对还原重建后的矩形刻度图进行噪点去除，根据刻度段的平均距离，对噪点去除后的矩形刻度图进行刻度的插入得到目标矩形刻度图；其中，所述根据刻度连通域质心的横坐标的分布对还原重建后的矩形刻度图进行噪点去除，具体为：计算当前刻度与前一个刻度的距离df以及当前刻度和后一个刻度的距离db；若df＜lib1db＜lib1，则认为当前刻度的前一个刻度和后一个刻度均为噪点，进行删除，其中，lib1＝0.8*lib'，x_max,x_min分别为搜索到的最大刻度与最小刻度的横坐标，lib1为刻度距离下限，lib'为剪切后重新计算的平均刻度距离；若df＜lib1db＞lib1，则进一步进行如下判断：若||da-lib'||＞||db-lib'||，则认为当前刻度的前一个刻度是噪点，进行删除，若||da-lib'||＜||db-lib'||，则认为当前刻度是噪点，进行删除，若||da-lib'||＝||db-lib'||，则认为当前刻度的前一个刻度与当前刻度均不为噪点，其中，da为df的前一个刻度段的距离；

(9)根据指针的角度得到指针在目标矩形刻度图中的横坐标，进而计算表盘的读数，其中，由jg＝(i+bi+1)*Units得到表盘的读数jg，其中，bi＝(xl'-x[i])/(x[i+1]-x[i]+1)，xl'表示指针的横坐标，x[i]表示第i个刻度的横坐标，x[i+1]表示第i+1个刻度的横坐标，i表示指针左端刻度的序号，bi表示指针所在的位置xl'与第i个刻度之间的距离占第i个刻度段距离的百分比，Units表示单位刻度代表的数值。