CN102799861A - 一种利用颜色快速识别仪表读数的方法 - Google Patents

一种利用颜色快速识别仪表读数的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用颜色快速识别仪表读数的方法，其步骤：(1)采用摄像头拍摄仪表，得到表盘读数图像；(2)采用中值滤波对表盘读数图像去噪；(3)将步骤（2）得到排序后的图像分成L个读数位区域Ωi；(4)从第i个读数位区域Ωi中筛选出所有背景像素点；(5)分别计算第i个区域Ωi中背景像素点的色相角Hi和第i个区域的色相角均值；(6)设置仪表表盘读数分别为0，1、2，3，┉8，9，根据步骤（5）所述第i个区域的色相角均值识别表盘的背景像素点区域的颜色，确定表盘颜色所对应的表盘数字，实现了利用颜色快速识别仪表读数。该方法利用仪表表盘读数背景的颜色不同，快速、方便的将仪表读数识别出，是一种有效快速抄表方法。

Description

一种利用颜色快速识别仪表读数的方法
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域的一种方法，更具体的说，涉及的是一种利用颜色快速识别仪表读数的方法。
背景技术
以往的仪表读数识别主要是基于字符识别的方法，其主要步骤是：（1）图像采集；（2）图像预处理；（3）字符定位；（4）字符分割；（5）字符识别。
然而在以往的方法中，首先步骤（3）字符定位一般采用三种方法：基于连通域的方法、基于纹理的方法和基于投影的方法，其中，基于连通域的方法自适应程度不够。基于纹理的方法其运算复杂度较高，直方图投影法主要应用在单字符位置的确定；其次，在以往的方法中，对于步骤（5）字符识别主要采用2种方法：基于模板的匹配识别方法和基于P神经网络的识别方法。而模板匹配识别方法虽然识别准确度高，但是运算量特别大，不适于仪表读数的快速识别方法。而P神经网络需要的学习时间也比较长，同样不适于仪表读数的快速识别方法。
以往的仪表读数方法过程复杂、计算量大、识别速度慢、耗电量大。计算量大限制了仪表读数识别的速度，而且耗电量大也减少了干电池的使用寿命，因此以往的仪表读数识别方法不适于识别速度快，能耗要求低的情况，所以不适合采用干电池供电的抄表系统。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种具有精度高、算法简单、功耗低的利用颜色快速识别仪表读数的方法。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案是：
一种利用颜色快速识别仪表读数的方法，其步骤包括如下：
(1)、图像采集：采用摄像头拍摄仪表，得到对仪表表盘读数的图像，该仪表表盘读数图像像素点个数为P，P=M*N，其中M为行向量中像素点个数，N为列向量中像素点个数；
(2)、图像滤波：采用中值滤波的方法对步骤（1）得到的仪表表盘读数图像去噪，其具体步骤为：
（2-1）将仪表表盘读数图像分成n个宏块，每个宏块含有5*5=25个像素点，图像的像素点个数记为P，其表达式为：P=M*N，其中M为仪表表盘图像行向量个数，N为仪表表盘图像列向量个数；
（2-2）将5*5=25个像素点的像素值按照从小到大的顺序进行排序，排序后，将第13个像素点的像素值取代该宏块中5*5=25个像素点的像素值，得到排序后的图像，该图像的像素点个数仍为P；
(3)、读数位区域分割：将步骤（2）得到排序后的图像分成L个读数位区域Ωi，1≤i≤L，每个读数位区域Ωi含有S个像素点，其表达式为S=M*N/L，其中M为行向量中像素点个数，N为列向量中像素点个数；
(4)、背景像素点筛选：步骤（3）得到的L个读数位区域Ωi，设每个读数位区域包含读数像素点和背景像素点，其中A（x,y）为第i个读数位区域Ωi中选取的一个像素点，其中1≤i≤L，A(x,y)表示读数位区域Ωi中第x行，第y列的像素点；
判断像素点A(x,y)是否为背景像素点，如果像素点A（x,y）的R、G、B的三原色分量分别满足：0≤R≤δ且0≤G≤δ且0≤B≤δ，其中δ为原色分量，取值范围是1≤δ≤4，则像素点A为读数像素点，否则像素点A为背景像素点，依次类推，对第i个区域Ωi中的所有像素点进行判断，判断是否为背景像素点，并且累计第i个区域Ωi中所有背景像素点的个数Ki，其中1≤i≤L；
(5)、计算第i个区域Ωi中背景像素点的色相角Hi和第i个区域的色相角均值                                               
Figure 2012102192401100002DEST_PATH_IMAGE002
，其中1≤i≤L，其具体步骤如下：
（5-1）、计算第i个区域Ωi中背景像素点色相角Hi，其表达式为：
Figure 2012102192401100002DEST_PATH_IMAGE004
                (1)
其中，r、g和b分别是第i个区域中背景像素点的R、G和B归一化的值，max为第i个区域中背景像素点的R，G和B的最大值，min为R，G和B的最小值；
（5-2）、计算第i个区域的色相角均值
Figure 201290DEST_PATH_IMAGE002
，其表达式为：
Figure 2012102192401100002DEST_PATH_IMAGE006
                            （2）
其中，Hi为第i个区域Ωi中背景像素点色相角，Ki为第i个区域的背景像素点个数；
(6)、设置仪表表盘读数分别为0，1、2，3，┉┉-8，9，根据步骤（5）所述的第i个区域的色相角均值
Figure 118431DEST_PATH_IMAGE002
识别仪表表盘的背景像素点区域的颜色，确定仪表表盘颜色所对应的表盘数字，实现了利用颜色快速识别仪表读数，其具体步骤如下：
如果第i个区域的色相角均值
Figure 711217DEST_PATH_IMAGE002
满足0≤
Figure 106426DEST_PATH_IMAGE002
≤5，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi颜色识别为0； 
如果第i个区域的色相角均值
Figure 920799DEST_PATH_IMAGE002
满足25≤
Figure 743261DEST_PATH_IMAGE002
≤35，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi颜色识别为1；
如果第i个区域的色相角均值
Figure 72611DEST_PATH_IMAGE002
满足55≤
Figure 271512DEST_PATH_IMAGE002
≤65，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi颜色识别为2；
如果第i个区域的色相角均值
Figure 940390DEST_PATH_IMAGE002
满足85≤
Figure 933754DEST_PATH_IMAGE002
≤95，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi颜色识别为3；
如果第i个区域的色相角均值满足135≤
Figure 736680DEST_PATH_IMAGE002
≤145，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi颜色识别为4；
如果第i个区域的色相角均值
Figure 260065DEST_PATH_IMAGE002
满足175≤
Figure 689909DEST_PATH_IMAGE002
≤185，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi颜色识别为5；
如果第i个区域的色相角均值
Figure 993852DEST_PATH_IMAGE002
满足205≤
Figure 268975DEST_PATH_IMAGE002
≤215，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi颜色识别为6；
如果第i个区域的色相角均值
Figure 912446DEST_PATH_IMAGE002
满足235≤
Figure 247613DEST_PATH_IMAGE002
≤245，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi颜色识别为7；
如果第i个区域的色相角均值
Figure 976534DEST_PATH_IMAGE002
满足265≤
Figure 868398DEST_PATH_IMAGE002
≤275，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi颜色识别为8；
如果第i个区域的色相角均值
Figure 366375DEST_PATH_IMAGE002
满足
Figure 138022DEST_PATH_IMAGE002
≥295，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi颜色识别为9。
通过第i个区域的色相角均值值识别仪表表盘图像第i个区域Ωi的背景像素点区域的颜色，确定仪表表盘第i个区域Ωi颜色所对应的数字，依此类推，将L个读数位区域Ωi的读数都进行识别，其中1≤i≤L，因此就实现了利用颜色快速识别仪表读数的方法。
本发明的一种利用颜色快速识别仪表读数的方法与现有技术相比较具有有益效果是：该方法利用仪表表盘读数背景的颜色不同，可以快速、方便的将仪表读数识别出来，与以往的仪表读数识别方法相比，本发明方法不需字符定位、字符分割和字符识别等复杂过程，只需对背景像素点的像素值进行识别，就能够识别仪表的读数；本发明方法节省了计算量小，识别速度快，是一种有效的快速抄表方法。
附图说明
图1为本发明的一种利用颜色快速识别仪表读数的方法的流程图；
图2为本发明的图像采集系统结构图；
图3为背景像素点筛选流程图；
图4为本发明的方法中背景像素点像素值与仪表表盘读数对应表。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案做进一步详细描述。
本发明的一种利用颜色快速识别仪表读数的方法，如图1所示，其具体步骤如下： 
(1)、图像采集：采用摄像头拍摄仪表，得到仪表表盘读数的图像，该表盘读数图像像素点个数为P，P=M*N，其中M为行向量中像素点个数，N为列向量中像素点个数，如图2所示，其摄像过程如下：当需要读取仪表表盘读数时，控制器发送指令，然后打开发光二极管同时打开摄像头，对仪表读数进行拍摄，光源采用发光二极管。
(2)、图像滤波：采用中值滤波的方法对步骤（1）得到的仪表表盘读数图像去噪，其具体步骤如下：
（2-1）将仪表表盘读数图像分成n个宏块，每个宏块含有5*5=25个像素点，图像的像素点个数记为P，其表达式为：P=M*N，其中M为行向量中像素点个数，N为列向量中像素点个数；
（2-2）将5*5=25个像素点的像素值按照从小到大的顺序进行排序，排序后，将第13个像素点的像素值取代该宏块中5*5=25个像素点的像素值，得到排序后的图像，该图像的像素点个数仍为P；
(3)、读数位区域分割：将步骤（2）得到排序后的图像分成L个读数位区域Ωi，1≤i≤L，每个读数位区域Ωi含有S个像素点，其表达式为S=M*N/L，其中M为行向量中像素点个数，N为列向量中像素点个数；
(4)、背景像素点筛选：步骤（3）得到的L个读数位区域Ωi，设每个读数位区域包含读数像素点和背景像素点，其中A（x,y）为第i个读数位区域Ωi中选取的一个像素点，其中1≤i≤L，A(x,y)表示读数位区域Ωi中第x行，第y列的像素点；
判断像素点A(x,y)是否为背景像素点，如图3所示，具体步骤如下：
（4-1）选取像素点A（x,y），用k记录背景像素点的个数，初始化令x=1，y=1，k=0；
（4-2）判断x是否满足x≤M条件，如果x不满足x≤M条件，则程序结束，如果x满足x≤M条件，则判断y是否满足y≤N/L条件；
（4-3）如果y不满足y≤N/L条件，则令x=x+1，如果y满足y≤N/L条件，则判断像素点A（x，y）的像素值的红色分量R（x，y）是否满足R（x，y）≤δ条件，其中δ为原色分量，取值范围是1≤δ≤4；
（4-4）如果R（x，y）不满足R（x，y）≤δ条件，则令y=y+1且k=k+1，那么像素点A（x，y）是背景像素点，如果R（x，y）满足R（x，y）≤δ条件，则判断像素点A（x，y）的像素值的绿色分量G（x，y）是否满足G（x，y）≤δ条件，其中δ为原色分量，取值范围是1≤δ≤4；
（4-5）如果G（x，y）不满足G（x，y）≤δ条件，则令y=y+1且k=k+1，那么像素点A（x,y）是背景像素点，如果G（x，y）满足G（x，y）≤δ条件，则判断像素点A（x，y）的像素值的蓝色分量B（x，y）是否满足B（x，y）≤δ条件，其中δ为原色分量，取值范围是1≤δ≤4；
（4-6）如果B（x，y）不满足B（x，y）≤δ条件，则令y=y+1且k=k+1，那么像素点A是背景像素点，如果B（x，y）满足G（x，y）≤δ条件，则像素点A为读数像素点，则令y=y+1且Ki=k，其中δ为原色分量，取值范围是1≤δ≤4；
（4-7）依此类推，对第i个区域Ωi中的所有像素点进行判断，判断是否为背景像素点，并且累计第i个区域Ωi中所有背景像素点的个数Ki，其中1≤i≤L，；
(5)、分别计算第i个区域Ωi中背景像素点的色相角Hi和第i个区域的色相角均值
Figure 33483DEST_PATH_IMAGE002
，其中1≤i≤L，其具体步骤如下：
（5-1）、计算第i个区域Ωi中背景像素点色相角Hi，其表达式为：
Figure 385967DEST_PATH_IMAGE004
                 (1)
其中，r、g和b分别是第i个区域中背景像素点的R、G和B归一化的值，max为第i个区域中背景像素点的R，G和B的最大值，min为R，G和B的最小值；
（5-2）、计算第i个区域的色相角均值
Figure 328515DEST_PATH_IMAGE002
，其表达式为：
                               (2)
其中，Hi为第i个区域Ωi中背景像素点色相角，Ki为第i个区域的背景像素点个数；
(6)、设置仪表表盘读数分别为0，1、2，3，┉┉-8，9，根据步骤（5）所述的第i个区域的色相角均值
Figure 78034DEST_PATH_IMAGE002
识别仪表表盘的背景像素点区域的颜色，确定仪表表盘颜色所对应的仪表表盘数字，实现了利用颜色快速识别仪表读数，其具体步骤如下：
如果第i个区域的色相角均值满足0≤
Figure 33538DEST_PATH_IMAGE002
≤5，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi的颜色识别为0；
如果第i个区域的色相角均值
Figure 146987DEST_PATH_IMAGE002
满足25≤
Figure 885267DEST_PATH_IMAGE002
≤35，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi的颜色识别为1；
如果第i个区域的色相角均值
Figure 109575DEST_PATH_IMAGE002
满足55≤≤65，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi的颜色识别为2；
如果第i个区域的色相角均值满足85≤
Figure 930267DEST_PATH_IMAGE002
≤95，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi的颜色识别为3；
如果第i个区域的色相角均值
Figure 958266DEST_PATH_IMAGE002
满足135≤
Figure 451433DEST_PATH_IMAGE002
≤145，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi的颜色识别为4；
如果第i个区域的色相角均值
Figure 641106DEST_PATH_IMAGE002
满足175≤
Figure 540928DEST_PATH_IMAGE002
≤185，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi的颜色识别为5；
如果第i个区域的色相角均值
Figure 169356DEST_PATH_IMAGE002
满足205≤≤215，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi的颜色识别为6；
如果第i个区域的色相角均值满足235≤
Figure 218717DEST_PATH_IMAGE002
≤245，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi的颜色识别为7；
如果第i个区域的色相角均值
Figure 401568DEST_PATH_IMAGE002
满足265≤
Figure 292164DEST_PATH_IMAGE002
≤275，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi的颜色识别为8；
如果第i个区域的色相角均值
Figure 89218DEST_PATH_IMAGE002
满足
Figure 698054DEST_PATH_IMAGE002
≥295，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi的颜色识别为9。
通过第i个区域的色相角均值值识别仪表表盘图像第i个区域Ωi的背景像素点区域的颜色，确定仪表表盘第i个区域Ωi颜色所对应的数字，依此类推，将L个读数位区域Ωi的读数都进行识别，其中1≤i≤L，进而实现了利用颜色快速识别仪表读数。
为了验证采用本发明的一种利用颜色快速识别仪表读数的方法的具体实施效果，采用本发明的方法，利用背景像素点的像素值，设置背景像素点像素值与仪表表盘读数对应表，其具体步骤如下：
（5-1）设置背景像素点像素值与仪表表盘读数对应表，如图表所示，其中，
对应表第一列为仪表表盘读数0，1、2，3，┉┉-8，9；
对应表第二列是与仪表表盘读数0，1、2，3，┉┉-8，9对应的背景颜色；
对应表的第三列为与仪表表盘读数对应的背景像素点的R分量均值，R分量均值分别为255，255， 255，128，0，0，0，0，128，255；
对应表的第四列为与仪表表盘读数对应的背景像素点的G分量均值，G分量均值分别为是0， 128， 255， 255， 255， 255， 128， 0， 0， 0；
对应表的第五列为与仪表表盘读数对应的背景像素点的B分量均值，B分量均值是0， 0， 0， 0， 128， 255， 255， 255， 255， 255；
对应表的第六列为与仪表表盘读数对应的背景像素点的色相角值，记为H，H由步骤（5-2）计算得到对应H值，仪表表盘读数0的H值为0，仪表表盘读数1的H值是30，仪表表盘读数2的H值是60，仪表表盘读数3的H值是90，仪表表盘读数4的H值是140，仪表表盘读数5的H值是180，仪表表盘读数6的H值是210，仪表表盘读数7的H值是240，仪表表盘读数8的H值是270，仪表表盘读数9的H值是300；
对应表的第七列为与仪表表盘读数相对应的背景像素点的阈值区间，记为
Figure 2012102192401100002DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 944545DEST_PATH_IMAGE010
的阈值区间是根据步骤（5-1）计算得到对应H值，当H=0时，
Figure 912501DEST_PATH_IMAGE010
阈值区间为[0，5]，当H=30时，
Figure 8633DEST_PATH_IMAGE010
阈值区间为[25，35]，当H=60时，
Figure 31821DEST_PATH_IMAGE010
阈值区间为[55，65]，当H=90时，
Figure 897009DEST_PATH_IMAGE010
阈值区间为[85，95]，当H=140时，
Figure 35867DEST_PATH_IMAGE010
阈值区间为[135，145]，当H=180时，
Figure 619295DEST_PATH_IMAGE010
阈值区间为[175，185]，当H=210时，
Figure 931327DEST_PATH_IMAGE010
阈值区间为[205，215]，当H=240时，阈值区间为[235，245]，当H=270时，
Figure 226359DEST_PATH_IMAGE010
阈值区间为[265，275]，当H=300时，
Figure 297084DEST_PATH_IMAGE010
阈值区间为[295，+∞]。
通过上述背景像素点像素值与读数对应表可以看出，采用本发明的方法只需对背景像素点的像素值进行识别，就能够识别仪表的读数，且计算量小，识别速度快，是一种十分有效的快速抄表方法
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种利用颜色快速识别仪表读数的方法，其特征在于，其步骤包括如下：
(1)、图像采集：采用摄像头拍摄仪表，得到仪表表盘读数的图像，该表盘读数图像像素点个数为P，P=M*N，其中M为行向量中像素点个数，N为列向量中像素点个数；
(2)、图像滤波：采用中值滤波的方法对步骤（1）得到的仪表表盘读数图像去噪，其具体步骤为：
（2-1）、将仪表表盘读数图像分成n个宏块，每个宏块含有5*5=25个像素点，图像的像素点个数记为P，其表达式为：P=M*N，其中M为仪表表盘图像行向量个数，N为仪表表盘图像列向量个数；
（2-2）、将5*5=25个像素点的像素值按照从小到大的顺序进行排序，排序后，将第13个像素点的像素值取代该宏块中5*5=25个像素点的像素值，得到排序后的图像，该图像的像素点个数仍为P；
(3)、读数位区域分割：将步骤（2）得到排序后的图像分成L个读数位区域Ωi，1≤i≤L，每个读数位区域Ωi含有S个像素点，其表达式为S=M*N/L，其中M为行向量中像素点个数，N为列向量中像素点个数；
(4)、背景像素点筛选：步骤（3）得到的L个读数位区域Ωi，设每个读数位区域包含读数像素点和背景像素点，其中A（x,y）为第i个读数位区域Ωi中选取的一个像素点，其中1≤i≤L，A(x,y)表示读数位区域Ωi中第x行，第y列的像素点；
判断像素点A(x,y)是否为背景像素点，如果像素点A（x,y）的R、G、B的三原色分量分别满足：0≤R≤δ且0≤G≤δ且0≤B≤δ，其中δ为原色分量，取值范围是1≤δ≤4，则像素点A为读数像素点，否则像素点A为背景像素点，依次类推，对第i个区域Ωi中的所有像素点进行判断，判断是否为背景像素点，并且累计第i个区域Ωi中所有背景像素点的个数Ki，其中1≤i≤L；
(5)、分别计算第i个区域Ωi中背景像素点的色相角Hi和第i个区域的色相角均值 
Figure 547888DEST_PATH_IMAGE001
，其中1≤i≤L，其具体步骤如下：
（5-1）、计算第i个区域Ωi中背景像素点色相角Hi，其表达式为：
Figure 626703DEST_PATH_IMAGE003
                 (1)
其中，r、g和b分别是第i个区域中背景像素点的R、G和B归一化的值，max为第i个区域中背景像素点的R，G和B的最大值，min为R，G和B的最小值；
（5-2）、计算第i个区域的色相角均值
Figure 436264DEST_PATH_IMAGE001
，其表达式为：
Figure 942332DEST_PATH_IMAGE005
                            （2）
其中，Hi为第i个区域Ωi中背景像素点色相角，Ki为第i个区域的背景像素点个数；
(6)、设置仪表表盘读数分别为0，1、2，3，┉┉-8，9，根据步骤（5）所述的第i个区域的色相角均值
Figure 158550DEST_PATH_IMAGE001
识别仪表表盘的背景像素点区域的颜色，确定仪表表盘颜色所对应的仪表表盘数字，实现了利用颜色快速识别仪表读数，其具体步骤如下：
如果第i个区域的色相角均值
Figure 103372DEST_PATH_IMAGE001
满足0≤
Figure 455856DEST_PATH_IMAGE001
≤5，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi的颜色识别为0；
如果第i个区域的色相角均值
Figure 211454DEST_PATH_IMAGE001
满足25≤
Figure 649388DEST_PATH_IMAGE001
≤35，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi的颜色识别为1；
如果第i个区域的色相角均值
Figure 70005DEST_PATH_IMAGE001
满足55≤
Figure 604892DEST_PATH_IMAGE001
≤65，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi的颜色识别为2；
如果第i个区域的色相角均值
Figure 452762DEST_PATH_IMAGE001
满足85≤≤95，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi的颜色识别为3；
如果第i个区域的色相角均值
Figure 602301DEST_PATH_IMAGE001
满足135≤
Figure 240961DEST_PATH_IMAGE001
≤145，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi的颜色识别为4；
如果第i个区域的色相角均值
Figure 525312DEST_PATH_IMAGE001
满足175≤
Figure 937839DEST_PATH_IMAGE001
≤185，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi的颜色识别为5；
如果第i个区域的色相角均值满足205≤
Figure 881841DEST_PATH_IMAGE001
≤215，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi的颜色识别为6；
如果第i个区域的色相角均值
Figure 399410DEST_PATH_IMAGE001
满足235≤
Figure 299233DEST_PATH_IMAGE001
≤245，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi的颜色识别为7；
如果第i个区域的色相角均值
Figure 865344DEST_PATH_IMAGE001
满足265≤
Figure 901433DEST_PATH_IMAGE001
≤275，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi的颜色识别为8；
如果第i个区域的色相角均值
Figure 340635DEST_PATH_IMAGE001
满足≥295，则将仪表表盘图像第i个区域Ωi的颜色识别为9，
通过第i个区域的色相角均值
Figure 831977DEST_PATH_IMAGE001
值识别仪表表盘的背景像素点区域的颜色，确定仪表表盘图像第i个区域Ωi颜色所对应的数字，其中1≤i≤L。
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