CN110211178B - 一种利用投影计算的指针式仪表识别方法 - Google Patents

一种利用投影计算的指针式仪表识别方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110211178B
CN110211178B CN201910495917.6A CN201910495917A CN110211178B CN 110211178 B CN110211178 B CN 110211178B CN 201910495917 A CN201910495917 A CN 201910495917A CN 110211178 B CN110211178 B CN 110211178B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pointer
instrument
template
projection
diagram
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910495917.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110211178A (zh
Inventor
唐云丰
吕青松
施宇星
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dragon Totem Technology Hefei Co ltd
Original Assignee
Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing University of Post and Telecommunications filed Critical Chongqing University of Post and Telecommunications
Priority to CN201910495917.6A priority Critical patent/CN110211178B/zh
Publication of CN110211178A publication Critical patent/CN110211178A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110211178B publication Critical patent/CN110211178B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/10—Segmentation; Edge detection
    • G06T7/12—Edge-based segmentation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00—Image analysis
    • G06T7/70—Determining position or orientation of objects or cameras

Abstract

本发明涉及图像处理，具体为一种利用投影计算的指针式仪表识别方法；根据指针宽度，每隔一定角度选取一张模板图；将实际仪表图像与每张模板图模板匹配对齐；将对齐且灰度化后的模板、实际仪表对应像素做差，小于0值赋值为0，并将做差后的图像二值化；将二值化的图像在指针显示区域向水平和竖直方向做投影，然后计算投影在水平方向和竖直方向的长度，最后根据长度和角度的关系即可计算出指针角度。本方法解决了由于仪表表面复杂影响等信息干扰问题，有较强的鲁棒性，并通过投影关系计算出指针角度，大大减小了计算量，且有着较高的识别精度。

Description

一种利用投影计算的指针式仪表识别方法
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，多模板识别突出指针位置并投影计算指针角度，具体为一种利用投影计算的指针式仪表识别方法。
背景技术
在变电站中，存在大量指针式仪表，仪表的识别极易受到环境的影响，当仪表表面存在干扰信息时，人工难以识别，且目前所用的智能机器人在图像处理方面满足不了实际精度需求，所以需要一种可精确识别指针仪表的方法。
基于此，中国专利CN105426809A中提出了一种仪表指针自动识别的方法；该方法利用扇形扫描的方式提取轴心位置和指针的方向，并增加从指针方向得到得到相对应的读数的指针读数。具体的，通过将仪表指针区域自适应阈值二值化，然后将以该区域的中所有的点作分别为轴心，作形状相同的扇形区域，然后再分割成若干个细长条，统计该细长条中的指针所占比例。然后取所有细长条中比例最高的轴心则为指针轴心，对应细长条的角度即为指针角度。从而在无旋转偏移时，仍然可以得到指针角度。但是该方法的识别效果受其二值化效果的影响很大，并且需要遍历区域内所有点，导致仪表识别过程中的计算量大，其实时性不高。
进一步的，中国专利CN106650746A中提出一种基于角度步长的变电站指针式仪表识别方法，该方法采用霍夫梯度法提取圆形刻度轮廓，然后在轮廓上选择匹配变量点，通过计算匹配点的Hu不变矩和模板的Hu不变矩计算图像的相似度，从而根据最大的相似度，得到指针的位置，再根据刻度与量程之间的关系，得到对应的指针示数，并采用角度步长进行遍历匹配，减小匹配区域，提高实时性。该方法利用仪表圆弧刻度信息，进行识别指针位置，并通过刻度得到示数具有一定可靠性，但是对于非圆形特征，以及仪表上具有其他圆弧信息干扰时，无法使用该方法。
综上，现有的方法中大多数是利用仪表信息进行定位和识别，此类方法在仪表信息受环境影响或者是仪表表面信息复杂的情况下识别率不理想。
发明内容
基于现有技术存在的问题，本专利提出一种图片做差，最大限度利用指针信息，将寻找指针问题转换成差值问题，其计算速度快，识别精度高，步骤简单，很好的满足了实际需求。一种利用投影计算的指针式仪表识别方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一：选取多个不同角度的模板仪表图，将模板仪表图和实际仪表图进行模板匹配对齐；
步骤二：将每个对齐且灰度化后的模板仪表图与实际仪表图对应像素做差，将做差后小于0的数值赋值为0，计算每个模板仪表图与实际仪表图相减运算后的像素和；得到像素和最大的结果作为检测仪表图；并将检测仪表图二值化；
步骤三：将二值化后的检测仪表图在指针显示区域分别向水平和竖直方向做投影，分别计算投影在水平和竖直方向的长度；
步骤四：根据水平和竖直方向投影长度与投影角度的关系，计算出指针角度，从而根据指针角度确定出仪表的读数。
进一步的，所述将实际仪表图与模板图模板匹配对齐具体为：
以[N,M]大小的模板仪表图的中点为中心，对包含图像2/3区域进行搜索，计算每个位置误差度：
Figure BDA0002088568540000021
Xi,j表示实际仪表图在(i，j)的像素值；X′i,j表示模板仪表图在(i,j)的像素值；i表示横坐标，j表示纵坐标；找到误差度最小位置对齐。
进一步的，所述步骤二包括当实际仪表图中的背景像素值大于指针像素时，则用模板仪表图与对齐后的实际仪表图进行对应像素相减；当相减后的值小于0时就赋值为0；当实际仪表图中的背景像素值小于指针像素时；则用对齐后的实际仪表图减去模板仪表图的对应像素，当相减后的值小于0时就赋值为0；分别计算每个模板图相减运算后的像素和；将像素和最大的结果作为检测仪表图，并将该图进行二值化。
进一步的，所述步骤三包括以指针的旋转中心作为坐标轴原点，建立二维直角坐标轴，以指针的最大长度作为x轴和y轴的区域界限；根据仪表的最大旋转角度，确定出进行投影的象限，计算出每个象限的水平投影即每行像素和Ix，以及竖直投影即每列像素和Iy；根据仪表指针宽度确定出宽度阈值Th，即从旋转中心为起点的2/3指针处的指针宽度，作为宽度阈值；可人为设置。当在每行或者每列的像素和超过宽度阈值时则将Ix或者Iy赋值为1；计算在水平方向和竖直方向中连续1的个数，即分别对应为水平方向dx和竖直方向指针投影长度dy；其中，
Figure BDA0002088568540000031
X(x,y)表示在坐标(x,y)中的像素值；
Figure BDA0002088568540000032
表示x轴的区域界限；
Figure BDA0002088568540000033
表示y轴的区域界限。
进一步的，所述指针角度的计算公式为
Figure BDA0002088568540000034
dx表示水平方向的指针投影长度；dy表示竖直方向的指针投影角度。
本发明的有益效果：
本方法解决了由于仪表表面复杂影响等信息干扰问题，利用多个模板作差的方法，使得仪表位置更加突出，有较强的鲁棒性，并通过投影关系计算出指针角度，很大程度减小了计算量，有着较高的识别精度。并且本方法需要设置的参数简单，只需要简单的参数调节，即可识别出指针读数。对于宽指针或者指针宽度变化大的仪表识别效果更加显著。
附图说明
图1为本发明采用的方法流程图；
图2为本发明选取的模板图；
图3为本发明待检测仪表图；
图4为本发明对齐后与模板的作差图；
图5为本发明结果二值化后的仪表图投影示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
一种利用投影计算的指针式仪表识别方法，如图1所示，所述方法包括以下步骤：
步骤一：选取多个不同角度的模板仪表图，可参考图2，图2给出了其中一个角度的模板仪表图，其他不同角度的模板仪表图也可类似获取；将模板仪表图和如图3所示的实际仪表图进行模板匹配对齐；当然实际仪表图是从大量的指针式仪表中获取而来，本发明仅仅只是给出了一个例子。
步骤二：将每个对齐且灰度化后的模板仪表图与实际仪表图对应像素做差，将做差后小于0的数值赋值为0，如图4所示，计算每个模板仪表图与实际仪表图相减运算后的像素和；得到像素和最大的结果作为检测仪表图；并将检测仪表图二值化；
其中，将做差后小于0的数值赋值为0可以使得实际仪表图的指针能够突出显示，而不会对其他图像造成影响。
步骤三：将二值化后的检测仪表图在指针显示区域分别向水平和竖直方向做投影，如图5所示；分别计算投影在水平和竖直方向的长度；
步骤四：根据水平和竖直方向投影长度与投影角度的关系，计算出指针角度，从而根据指针角度确定出仪表的读数。
进一步的，所述将实际仪表图与模板图模板匹配对齐具体为：
以[N,M]大小的模板仪表图的中点为中心，对包含图像2/3区域进行搜索，计算每个位置误差度：
Figure BDA0002088568540000041
Xi,j表示实际仪表图在(i，j)的像素值；X′i,j表示模板仪表图在(i,j)的像素值；i表示横坐标，j表示纵坐标；找到误差度最小位置对齐。
进一步的，所述步骤二包括当实际仪表图中的背景像素值大于指针像素时，则用模板仪表图与对齐后的实际仪表图进行对应像素相减；当相减后的值小于0时就赋值为0；当实际仪表图中的背景像素值小于指针像素时；则用对齐后的实际仪表图减去模板仪表图的对应像素，当相减后的值小于0时就赋值为0；分别计算每个模板图相减运算后的像素和；将像素和最大的结果作为检测仪表图，并将该图进行二值化。
进一步的，所述步骤三包括以指针的旋转中心作为坐标轴原点，建立二维直角坐标轴，以指针的最大长度作为x轴和y轴的区域界限；根据仪表的最大旋转角度，例如图3中的仪表的最大旋转角度为60°到150°，该检测仪表图象限对应为1,2象限，确定出进行投影的象限，计算出每个象限的水平投影即每行像素和Ix，以及竖直投影即每列像素和Iy；根据仪表指针宽度确定出宽度阈值Th，即从旋转中心为起点的2/3指针处的指针宽度，本实例Th为15。当在每行或者每列的像素和超过宽度阈值时则将Ix或者Iy值赋值为1；计算在水平方向和竖直方向中连续1的个数，即分别对应为水平方向dx和竖直方向指针投影长度dy；其中，
Figure BDA0002088568540000051
X(x,y)表示在坐标(x,y)中的像素值；
Figure BDA0002088568540000052
表示x轴的区域界限；
Figure BDA0002088568540000053
表示y轴的区域界限。
进一步的，所述指针角度的计算公式为
Figure BDA0002088568540000054
dx表示水平方向的指针投影长度；dy表示竖直方向的指针投影角度。即可根据角度与读数的关系确定出指针示数，根据指针角度θ，确定出具体的读数，例如仪表量程为120℃，仪表的最大旋转角度为150°，而指针角度为30°，则最终的读数为
Figure BDA0002088568540000055
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：ROM、RAM、磁盘或光盘等。
以上所举实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用投影计算的指针式仪表识别方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤一：选取多个不同角度的模板仪表图，将模板仪表图和实际仪表图进行模板匹配对齐；
步骤二：将每个对齐且灰度化后的模板仪表图与实际仪表图对应像素做差，将做差后小于0的数值赋值为0，计算每个模板仪表图与实际仪表图相减运算后的像素和；得到像素和最大的结果作为检测仪表图；并将检测仪表图二值化；
步骤三：将二值化后的检测仪表图在指针显示区域分别向水平和竖直方向做投影，分别计算投影在水平和竖直方向的长度；
以指针的旋转中心作为坐标轴原点，建立二维直角坐标轴，以指针的最大长度作为x轴和y轴的区域界限；根据仪表的最大旋转角度，确定出进行投影的象限，计算出每个象限的水平投影即每行像素和Ix，以及竖直投影即每列像素和Iy；根据仪表指针宽度确定出宽度阈值Th，当在每行或者每列的像素和超过宽度阈值时则将Ix或者Iy值赋值为1；计算在水平方向和竖直方向中连续1的个数，即分别对应为水平方向dx和竖直方向指针投影长度dy；其中，
Figure FDA0002976051170000011
X(x,y)表示在坐标(x,y)中的像素值；
Figure FDA0002976051170000012
表示x轴的区域界限；
Figure FDA0002976051170000013
表示y轴的区域界限；
步骤四：根据水平和竖直方向投影长度与投影角度的关系，计算出指针角度，从而根据指针角度确定出仪表的读数。
2.根据权利要求1所述的一种利用投影计算的指针式仪表识别方法，其特征在于，所述将实际仪表图与模板图模板匹配对齐具体为：
以[N,M]大小的模板仪表图的中点为中心，对包含图像2/3区域进行搜索，计算每个位置误差度：
Figure FDA0002976051170000021
Xi,j表示实际仪表图在(i，j)的像素值；X′i,j表示模板仪表图在(i,j)的像素值；i表示横坐标，j表示纵坐标；找到误差度最小位置对齐。
3.根据权利要求1所述的一种利用投影计算的指针式仪表识别方法，其特征在于，所述步骤二包括当实际仪表图中的背景像素值大于指针像素时，则用模板仪表图与对齐后的实际仪表图进行对应像素相减；当实际仪表图中的背景像素值小于指针像素时；则用对齐后的实际仪表图减去模板仪表图的对应像素；当相减后的值小于0时就赋值为0；分别计算每个模板图相减运算后的像素和；将像素和最大的结果作为检测仪表图，并将该图进行二值化。
4.根据权利要求1所述的一种利用投影计算的指针式仪表识别方法，其特征在于，所述指针角度的计算公式为
Figure FDA0002976051170000022
dx表示水平方向的指针投影长度；dy表示竖直方向的指针投影长度。
CN201910495917.6A 2019-06-10 2019-06-10 一种利用投影计算的指针式仪表识别方法 Active CN110211178B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910495917.6A CN110211178B (zh) 2019-06-10 2019-06-10 一种利用投影计算的指针式仪表识别方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910495917.6A CN110211178B (zh) 2019-06-10 2019-06-10 一种利用投影计算的指针式仪表识别方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110211178A CN110211178A (zh) 2019-09-06
CN110211178B true CN110211178B (zh) 2021-07-06

Family

ID=67791590

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910495917.6A Active CN110211178B (zh) 2019-06-10 2019-06-10 一种利用投影计算的指针式仪表识别方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110211178B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110852333B (zh) * 2019-11-13 2021-07-23 南方电网电力科技股份有限公司 一种指针式仪表自动读数方法及装置
CN111709363A (zh) * 2020-06-16 2020-09-25 湘潭大学 基于宣纸纸纹特征识别的国画真伪鉴别方法
CN112801865B (zh) * 2021-03-22 2021-08-06 深圳棱镜空间智能科技有限公司 旋转不变的模板图像生成方法、装置、设备及存储介质
CN114698479A (zh) * 2022-04-15 2022-07-05 合肥佳富特机器人科技有限责任公司 一种基于图像处理的砧木叶展方向识别方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1693852A (zh) * 2005-01-28 2005-11-09 华南理工大学 一种仪表指针自动检测识别方法及自动读数方法
CN103148881A (zh) * 2013-02-06 2013-06-12 广东电网公司电力科学研究院 利用视频自动对指针式仪表进行读数的方法及装置
CN104392206A (zh) * 2014-10-24 2015-03-04 南京航空航天大学 一种指针式仪表读数自动识别的图像处理方法
CN107167172A (zh) * 2017-04-17 2017-09-15 江苏大学 一种总线式汽车数字仪表指针功能的在线监测方法
CN108009535A (zh) * 2017-11-21 2018-05-08 武汉中元华电科技股份有限公司 一种基于机器视觉的单指针仪表读数方法
CN109409385A (zh) * 2018-10-16 2019-03-01 南京鑫和汇通电子科技有限公司 一种指针式仪表自动识别方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104197900A (zh) * 2014-09-16 2014-12-10 江苏天诚车饰科技有限公司 一种汽车仪表指针刻度识别方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1693852A (zh) * 2005-01-28 2005-11-09 华南理工大学 一种仪表指针自动检测识别方法及自动读数方法
CN103148881A (zh) * 2013-02-06 2013-06-12 广东电网公司电力科学研究院 利用视频自动对指针式仪表进行读数的方法及装置
CN104392206A (zh) * 2014-10-24 2015-03-04 南京航空航天大学 一种指针式仪表读数自动识别的图像处理方法
CN107167172A (zh) * 2017-04-17 2017-09-15 江苏大学 一种总线式汽车数字仪表指针功能的在线监测方法
CN108009535A (zh) * 2017-11-21 2018-05-08 武汉中元华电科技股份有限公司 一种基于机器视觉的单指针仪表读数方法
CN109409385A (zh) * 2018-10-16 2019-03-01 南京鑫和汇通电子科技有限公司 一种指针式仪表自动识别方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
An efficient method for electric meter readings automatic location and recognition;Zemin Cai 等;《SciVerse ScienceDirect》;20111130;全文 *
一种新型指针仪表识别方法研究;李治玮 等;《传感器与仪器仪表》;20071105;第23卷(第11-1期);第113-114，126页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110211178A (zh) 2019-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110211178B (zh) 一种利用投影计算的指针式仪表识别方法
CN110580480B (zh) 基于图像处理的表计读数识别方法
CN112906694B (zh) 变电站倾斜式指针式仪表图像的读数矫正系统及方法
CN110659636B (zh) 基于深度学习的指针式仪表读数识别方法
CN108460327B (zh) 一种基于图像处理的指针式仪表读数自动识别方法
CN112818988B (zh) 一种指针式仪表自动识别读数方法及系统
CN111414934A (zh) 一种基于Faster R-CNN和U-Net的指针式仪表读数自动识别方法
CN103292701A (zh) 基于机器视觉的精密器件在线尺寸测量方法
CN107301412B (zh) 一种基于图像处理的指针式仪表读数方法
CN108613630B (zh) 基于图像处理技术的两线型管水准器气泡偏移量测量方法
CN112489094B (zh) 一种多线机载激光雷达点云数据配准方法
CN111368906B (zh) 一种基于深度学习的指针式油位计读数识别方法
CN111507186B (zh) 一种变电站指针式仪表读数识别方法
CN111476246B (zh) 应用于复杂环境下指针仪表鲁棒高效智读方法
CN110287887A (zh) 一种刻度识别方法、装置及计算机存储介质
CN111091121B (zh) 一种基于图像处理的椭圆表盘检测矫正的方法
CN117152727A (zh) 一种用于巡检机器人的指针式仪表自动读数方法
CN111199191A (zh) 基于刻度搜索的指针式仪表自动读取方法
CN105868750B (zh) 基于先验信息的表盘指针识别方法
CN115512343A (zh) 一种圆形指针式仪表校正和读数识别方法
CN112215240A (zh) 一种提高2d复杂边缘检测精度的优化方法
CN110991233B (zh) 指针式压力表的自动读数方法
CN113390340A (zh) 一种非连续区域的角球面球心空间位置检测方法
Kang et al. Research on automatic recognition algorithm of pointer meter based on machine vision
CN116863176B (zh) 一种数字智能制造用图像模板匹配方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20231225

Address after: 230000 floor 1, building 2, phase I, e-commerce Park, Jinggang Road, Shushan Economic Development Zone, Hefei City, Anhui Province

Patentee after: Dragon totem Technology (Hefei) Co.,Ltd.

Address before: 400065 Chongwen Road, Nanshan Street, Nanan District, Chongqing

Patentee before: CHONGQING University OF POSTS AND TELECOMMUNICATIONS