CN104484857A - 一种仪表数据读取方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种仪表数据读取方法及系统，在获取待读取仪表的当前数据图像之后，通过控制所述当前数据图像按照第一方向旋转，并获取该当前数据图像中仪表指针在垂直方向上的当前投影值，之后，从所得的投影值中选择出最大投影值，并确定与其对应的仪表指针的位置为待计算位置，在计算出仪表指针旋转至待计算位置时所需要旋转的第一旋转角后，将该第一旋转角代入预存的第一计算公式，计算出该仪表指针与该待计算位置的第一夹角，之后，再将该第一夹角代入预存的仪表指针与所述待计算位置的夹角和仪表刻度之间的对应关系式中，计算待读取仪表的当前仪表数据，保证了各中情况下所得数据的精准度。

Description

一种仪表数据读取方法及系统

技术领域

本发明主要涉及数据读取技术领域，更具体地说是涉及一种仪表数据读取方法及系统。

背景技术

目前，随着图像处理技术的快速发展，其已应用到仪表数据读取中，解决了人工读取仪表数据速度慢且准确度低的技术问题。具体的，在获取仪表图像信息后，通过提取该仪表图像信息中的特征信息，之后利用预存算法对该特征进行处理，从而得到该仪表显示数据，无需人工参与，大大提高了仪表数据读取效率。

基于上述思路，在现有技术中，常用的仪表数据读取方法有基于Hough变换的数据读取方法和基于拟合指针直线的读取方法，前者通过测量指针直线与零刻度直线的夹角来计算仪表读数，虽然该方法得到的仪表数据较为精确，当时，当所获取的仪表图像质量下降时，其将无法不能得到连续的指针直线特征，此时所得检测结果不佳；而后者则是选取指针所在区域圆心与半径，然后按照一定的步长在同心圆环中寻找指针与同心圆环的交点，根据交点之间形成的线段的斜率来识别判断指针相对于零度基准线的角度，从而得到仪表数据，该方法虽然适应性比较强，但是其检测精度较低，无法满足实际需要。由此可见，目前亟需一种适应性强且检测精度高的仪表数据读取方法。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种仪表数据读取方法和系统，解决了现有基于Hough变换的数据读取方法只能应用于仪表图像质量高的场景，而基于拟合指针直线的读取方法所得仪表数据精度低的技术问题。

为了实现上述目的，本申请提供了以下技术方案：

一种仪表数据读取方法，其特征在于所述方法包括：

获取待读取仪表的当前数据图像；

控制所述当前数据图像按照第一方向旋转，获取所述当前数据图像中仪表指针在垂直方向上的当前投影值；

从所获取的所有当前投影值中选择出最大投影值，并确定所述仪表指针在垂直方向上具有最大投影值时的位置为待计算位置；

计算所述仪表指针按照所述第一方向旋转至所述待计算位置时所需要旋转的第一旋转角；

将所述第一旋转角代入预存的第一计算公式，计算所述仪表指针与所述待计算位置的第一夹角；

利用预存的仪表指针与所述待计算位置的夹角和仪表刻度之间的对应关系，计算待读取仪表的当前仪表数据。

优选的，所述控制所述当前数据图像按照第一方向旋转具体为：

控制所述当前数据图像按照顺时针或逆时针旋转。

优选的，所述待计算位置为水平位置。

优选的，所述第一计算公式为：

${\mathrm{\&theta;}}_I=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&theta;}}_A,& H_A<\frac{w}{2}\\ {\mathrm{\&theta;}}_A+180,& H_A>\frac{w}{2};\end{array}\right.$

其中，w表示所述当前数据图像的宽，θ_I表示所述仪表指针与水平方向的夹角，θ_A表示所述第一旋转角。

优选的，所述仪表指针与所述待计算位置的夹角和仪表刻度之间的对应关系I(θ_I)具体为：

$I\left({\mathrm{\&theta;}}_I\right)=\frac{I_{\max }-I_{\min }}{{\mathrm{\&theta;}}_{\max }-{\mathrm{\&theta;}}_{\min }}{\mathrm{\&theta;}}_I+\frac{I_{\min }{\mathrm{\&theta;}}_{\max }-I_{\max }{\mathrm{\&theta;}}_{\min }}{{\mathrm{\&theta;}}_{\max }-{\mathrm{\&theta;}}_{\min }};$

其中，I_max表示所述待读取仪表的最大刻度，θ_max表示所述待读取仪表的最大刻度对应位置的仪表指针角度，I_min表示所述待读取仪表的最小刻度，θ_min表示所述待读取仪表的最小刻度对应位置的仪表指针角度。

优选的，在所述控制所述当前数据图像按照第一方向旋转之前，所述还包括：

建立二维坐标系，并将所述获取的待读取仪表的当前数据图像的中心与所述二维坐标系的原点对齐。

一种仪表数据读取系统，所述系统包括：

获取装置，用于获取待读取仪表的当前数据图像；

旋转控制装置，用于控制所述当前数据图像按照第一方向旋转，获取所述当前数据图像中仪表指针在垂直方向上的当前投影值；

选择装置，用于从所获取的所有当前投影值中选择出最大投影值，并确定所述仪表指针在垂直方向上具有最大投影值时的位置为待计算位置；

第一计算装置，用于计算所述仪表指针按照所述第一方向旋转至所述待计算位置时所需要旋转的第一旋转角；

第二计算装置，用于将所述第一旋转角代入预存的第一计算公式，计算所述仪表指针与所述待计算位置的第一夹角；

第三计算装置，用于利用预存的仪表指针与所述待计算位置的夹角和仪表刻度之间的对应关系，计算带读取仪表的当前仪表数据。

优选的，所述旋转控制装置包括：

顺时针旋转控制模块，用于控制所述当前数据图像按照顺时针旋转；

逆时针旋转控制模块，用于控制所述当前数据图像按照逆时针旋转。

优选的，所述系统还包括：

坐标系建立装置，用于建立二维坐标系，并将所述获取的待读取仪表的当前数据图像的中心与所述二维坐标系的原点对齐。

优选的，所述系统还包括：

语音播报装置，用于对所述第三计算装置计算出的当前仪表数据进行语音播报。

由此可见，与现有技术相比，本申请提供了一种仪表数据读取方法，在获取待读取仪表的当前数据图像之后，通过控制所述当前数据图像按照第一方向旋转，并获取该当前数据图像中仪表指针在垂直方向上的当前投影值，之后，从所得的投影值中选择出最大投影值，并确定与其对应的仪表指针的位置为待计算位置，在计算出仪表指针旋转至待计算位置时所需要旋转的第一旋转角后，将该第一旋转角代入预存的第一计算公式，计算出该仪表指针与该待计算位置的第一夹角，之后，再将该第一夹角代入预存的仪表指针与所述待计算位置的夹角和仪表刻度之间的对应关系式中，计算待读取仪表的当前仪表数据。由此可见，本发明基于仪表指示头细尾粗的特点，计算仪表指针与水平方向的夹角，进而计算出仪表数据，保证了所得数据的精准度，且避免由Hough变换计算直线方向与实际仪表指针方向之间偏差，对仪表读数的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明一种仪表数据读取方法实施例的流程示意图；

图2为本发明一种仪表数据读取系统实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前，国内外已提出了多种基于图像的仪表读数方法，如Han Jiale等提出一种基于改进Hough变换仪表数据读取方法，该方法首先使用自适应的中值滤波算法获取二值图像，然后使用改进的Hough变化提取指针直线角度读取读数；房桦等人提出的一种适合智能变电站巡检机器人室外工作环境的变电站仪表设备读数识别算法，该方法通过尺度不变特征变换(SIFT)算法提取仪表表盘区域，然后对表盘区域二值化、骨干化处理，通过Hough变换提取指针直线角度读数；Xiao等提出一种基于Hough变换自动仪表读数方法，通过测量指针直线与零刻度直线的夹角来计算仪表读数，其中，在上述夹角法中，夹角测量误差较小，但其仅适用于刻度均匀的仪表；董保同提出的一种非线性仪表读数方法，该方法将指针偏转角与表盘刻度识别的方法相结合读取仪表读数，提高了传统夹角法读数的精度,由于该方法假设拟合的指针直线与刻度线是平行的，所以算法本身存在一定的误差。在图像处理得到指针直线的过程中，指针直线可能不是一条连续的直线，在Hough变换是会检测到多条直线；孙凤杰等人提出一种改进的指针角度识别算法-同心圆环搜索法，选取指针所在区域圆心与半径，然后按照一定的步长在同心圆环中寻找指针与同心圆环的交点，根据交点之间形成的线段的斜率来识别判断指针相对于零度基准线的角度，该算法识别精度较Hough变换方法低，但在实际工程应用上有较强的适应性。

基于上述分析，申请人将上述提出的多种基于图像特征的仪表读数方法归结为两类：一类是基于Hough变换的方法，另一类是基于拟合指针直线的方法。申请人发现，基于Hough变换方法得到的仪表读数较为精确，但是当仪表图像质量下降，不能得到连续的指针直线特征时，该方法检测结果不佳。而基于拟合直线的方法检测精度较低，无法满足实际需要。

针对变电站指针式仪表的自动读数中的问题，本申请提供了一种仪表数据读取方法，在获取待读取仪表的当前数据图像之后，通过控制所述当前数据图像按照第一方向旋转，并获取该当前数据图像中仪表指针在垂直方向上的当前投影值，之后，从所得的投影值中选择出最大投影值，并确定与其对应的仪表指针的位置为待计算位置，在计算出仪表指针旋转至待计算位置时所需要旋转的第一旋转角后，将该第一旋转角代入预存的第一计算公式，计算出该仪表指针与该待计算位置的第一夹角，之后，再将该第一夹角代入预存的仪表指针与所述待计算位置的夹角和仪表刻度之间的对应关系式中，计算待读取仪表的当前仪表数据。由此可见，本发明基于仪表指示头细尾粗的特点，计算仪表指针与水平方向的夹角，进而计算出仪表数据，保证了所得数据的精准度，且避免由Hough变换计算直线方向与实际仪表指针方向之间偏差，对仪表读数的影响。

参照图1所示的本发明一种仪表数据读取方法实施例的流程示意图，该方法具体可以包括以下步骤：

步骤S11：获取待读取仪表的当前数据图像。

步骤S12：控制所述当前数据图像按照第一方向旋转，获取所述当前数据图像中仪表指针在垂直方向上的当前投影值。

在实际应用中，控制所述当前数据图像按照顺时针或逆时针旋转均可，本发明对此不作具体限定。

可选的，在本实施例中，执行步骤S12之前，还可以建立二维坐标系即XY坐标系，并将所述获取的待读取仪表的当前数据图像的中心与所述二维坐标系的原点对齐。

步骤S13：从所获取的所有当前投影值中选择出最大投影值，并确定所述仪表指针在垂直方向上具有最大投影值时的位置为待计算位置。

在本实施例实际应用中，通过对仪表指针在不同位置时，对其在垂直方向上的当前投影值的比较发现，当该仪表指针旋转至水平位置时对应的投影值最大，则该步骤S23中所得待计算位置具体可以为仪表指针的水平位置，即X轴所在位置。

步骤S14：计算所述仪表指针按照所述第一方向旋转至所述待计算位置时所需要旋转的第一旋转角。

步骤S15：将所述第一旋转角代入预存的第一计算公式，计算所述仪表指针与所述待计算位置的第一夹角。

在本实施例中，该第一计算公式具体可以为：

${\mathrm{\&theta;}}_I=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&theta;}}_A,& H_A<\frac{w}{2}\\ {\mathrm{\&theta;}}_A+180,& H_A>\frac{w}{2}\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，w表示所述当前数据图像的宽，θ_I表示所述仪表指针与水平方向的夹角，θ_A表示所述第一旋转角。

在实际应用中，由于仪表指针顶点部分较细而指针底部较粗，因此，的那个该仪表指针水平(即平行与x轴)时，它在水平方向上的投影值包括顶部和底部投影两部分，且其在指针顶点的值较小，而在指针底部投影值最大，因而，本发明可根据所得投影值判断指针方向。

步骤S16：利用预存的仪表指针与所述待计算位置的夹角和仪表刻度之间的对应关系，计算待读取仪表的当前仪表数据。

本实施例中，该仪表指针与所述待计算位置的夹角和仪表刻度之间的对应关系I(θ_I)具体为：

$I\left({\mathrm{\&theta;}}_I\right)=\frac{I_{\max }-I_{\min }}{{\mathrm{\&theta;}}_{\max }-{\mathrm{\&theta;}}_{\min }}{\mathrm{\&theta;}}_I+\frac{I_{\min }{\mathrm{\&theta;}}_{\max }-I_{\max }{\mathrm{\&theta;}}_{\min }}{{\mathrm{\&theta;}}_{\max }-{\mathrm{\&theta;}}_{\min }}---\left(2\right)$

其中，I_max表示所述待读取仪表的最大刻度，θ_max表示所述待读取仪表的最大刻度对应位置的仪表指针角度，I_min表示所述待读取仪表的最小刻度，θ_min表示所述待读取仪表的最小刻度对应位置的仪表指针角度。

综上所述，本发明基于仪表指示头细尾粗的特点，计算仪表指针与水平方向的夹角，进而计算出仪表数据，不仅保证了所得数据的精准度，而且避免由Hough变换计算直线方向与实际仪表指针方向之间偏差，对仪表读数的影响。

参照图2所示的本发明一种仪表数据读取系统实施例的结构示意图，该系统可以包括：

获取装置21，用于获取待读取仪表的当前数据图像；

旋转控制装置22，用于控制所述当前数据图像按照第一方向旋转，获取所述当前数据图像中仪表指针在垂直方向上的当前投影值。

可选的，旋转控制装置22可以包括：

顺时针旋转控制模块，用于控制所述当前数据图像按照顺时针旋转；

逆时针旋转控制模块，用于控制所述当前数据图像按照逆时针旋转。

选择装置23，用于从所获取的所有当前投影值中选择出最大投影值，并确定所述仪表指针在垂直方向上具有最大投影值时的位置为待计算位置；

第一计算装置24，用于计算所述仪表指针按照所述第一方向旋转至所述待计算位置时所需要旋转的第一旋转角；

第二计算装置25，用于将所述第一旋转角代入预存的第一计算公式，计算所述仪表指针与所述待计算位置的第一夹角。

该第一计算公式具体可以为：

${\mathrm{\&theta;}}_I=\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&theta;}}_A,& H_A<\frac{w}{2}\\ {\mathrm{\&theta;}}_A+180,& H_A>\frac{w}{2}\end{array}\right.---\left(1\right)$

其中，w表示所述当前数据图像的宽，θ_I表示所述仪表指针与水平方向的夹角，θ_A表示所述第一旋转角。

第三计算装置26，用于利用预存的仪表指针与所述待计算位置的夹角和仪表刻度之间的对应关系，计算带读取仪表的当前仪表数据。

其中，该仪表指针与所述待计算位置的夹角和仪表刻度之间的对应关系I(θ_I)具体为：

$I\left({\mathrm{\&theta;}}_I\right)=\frac{I_{\max }-I_{\min }}{{\mathrm{\&theta;}}_{\max }-{\mathrm{\&theta;}}_{\min }}{\mathrm{\&theta;}}_I+\frac{I_{\min }{\mathrm{\&theta;}}_{\max }-I_{\max }{\mathrm{\&theta;}}_{\min }}{{\mathrm{\&theta;}}_{\max }-{\mathrm{\&theta;}}_{\min }}---\left(2\right)$

其中，I_max表示所述待读取仪表的最大刻度，θ_max表示所述待读取仪表的最大刻度对应位置的仪表指针角度，I_min表示所述待读取仪表的最小刻度，θ_min表示所述待读取仪表的最小刻度对应位置的仪表指针角度。

可选的，本发明所提出的仪表数据读取系统还可以包括：

坐标系建立装置，用于建立二维坐标系，并将所述获取的待读取仪表的当前数据图像的中心与所述二维坐标系的原点对齐。

语音播报装置，用于对所述第三计算装置计算出的当前仪表数据进行语音播报，无需用户在查看显示结果，更加方便。

基于上述分析可知，本发明实施例在获取待读取仪表的当前数据图像之后，通过控制所述当前数据图像按照第一方向旋转，并获取该当前数据图像中仪表指针在垂直方向上的当前投影值，之后，从所得的投影值中选择出最大投影值，并确定与其对应的仪表指针的位置为待计算位置，在计算出仪表指针旋转至待计算位置时所需要旋转的第一旋转角后，将该第一旋转角代入预存的第一计算公式，计算出该仪表指针与该待计算位置的第一夹角，之后，再将该第一夹角代入预存的仪表指针与所述待计算位置的夹角和仪表刻度之间的对应关系式中，计算待读取仪表的当前仪表数据。由此可见，本发明基于仪表指示头细尾粗的特点，计算仪表指针与水平方向的夹角，进而计算出仪表数据，保证了所得数据的精准度，且避免由Hough变换计算直线方向与实际仪表指针方向之间偏差，对仪表读数的影响。

另外，需要说明的是，关于上述各实施例中，诸如第一、第二等之类的关系术语仅仅用来将一个操作或装置与另一个操作或装置区分开来，而不一定要求或者暗示这些装置或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种仪表数据读取方法，其特征在于，所述方法包括：

获取待读取仪表的当前数据图像；

控制所述当前数据图像按照第一方向旋转，获取所述当前数据图像中仪表指针在垂直方向上的当前投影值；

从所获取的所有当前投影值中选择出最大投影值，并确定所述仪表指针在垂直方向上具有最大投影值时的位置为待计算位置；

计算所述仪表指针按照所述第一方向旋转至所述待计算位置时所需要旋转的第一旋转角；

将所述第一旋转角代入预存的第一计算公式，计算所述仪表指针与所述待计算位置的第一夹角；

利用预存的仪表指针与所述待计算位置的夹角和仪表刻度之间的对应关系，计算待读取仪表的当前仪表数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制所述当前数据图像按照第一方向旋转具体为：

控制所述当前数据图像按照顺时针或逆时针旋转。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述待计算位置为水平位置。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一计算公式为：

${\mathrm{\&theta;}}_I\left\{\begin{array}{cc}{\mathrm{\&theta;}}_A& H_A<\frac{w}{2}\\ {\mathrm{\&theta;}}_A+180,& H_A>\frac{w}{2}\end{array}\right.;$

其中，w表示所述当前数据图像的宽，θ_I表示所述仪表指针与水平方向的夹角，θ_A表示所述第一旋转角。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述仪表指针与所述待计算位置的夹角和仪表刻度之间的对应关系I(θ_I)具体为：

$I\left({\mathrm{\&theta;}}_I\right)=\frac{I_{\max }-I_{\min }}{{\mathrm{\&theta;}}_{\max }-{\mathrm{\&theta;}}_{\min }}{\mathrm{\&theta;}}_I+\frac{I_{\min }{\mathrm{\&theta;}}_{\max }-I_{\max }{\mathrm{\&theta;}}_{\min }}{{\mathrm{\&theta;}}_{\max }-{\mathrm{\&theta;}}_{\min }};$

其中，I_max表示所述待读取仪表的最大刻度，θ_max表示所述待读取仪表的最大刻度对应位置的仪表指针角度，I_min表示所述待读取仪表的最小刻度，θ_min表示所述待读取仪表的最小刻度对应位置的仪表指针角度。

6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，在所述控制所述当前数据图像按照第一方向旋转之前，所述还包括：

建立二维坐标系，并将所述获取的待读取仪表的当前数据图像的中心与所述二维坐标系的原点对齐。

7.一种仪表数据读取系统，其特征在于，所述系统包括：

获取装置，用于获取待读取仪表的当前数据图像；

旋转控制装置，用于控制所述当前数据图像按照第一方向旋转，获取所述当前数据图像中仪表指针在垂直方向上的当前投影值；

选择装置，用于从所获取的所有当前投影值中选择出最大投影值，并确定所述仪表指针在垂直方向上具有最大投影值时的位置为待计算位置；

第一计算装置，用于计算所述仪表指针按照所述第一方向旋转至所述待计算位置时所需要旋转的第一旋转角；

第二计算装置，用于将所述第一旋转角代入预存的第一计算公式，计算所述仪表指针与所述待计算位置的第一夹角；

第三计算装置，用于利用预存的仪表指针与所述待计算位置的夹角和仪表刻度之间的对应关系，计算带读取仪表的当前仪表数据。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述旋转控制装置包括：

顺时针旋转控制模块，用于控制所述当前数据图像按照顺时针旋转；

逆时针旋转控制模块，用于控制所述当前数据图像按照逆时针旋转。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

坐标系建立装置，用于建立二维坐标系，并将所述获取的待读取仪表的当前数据图像的中心与所述二维坐标系的原点对齐。

10.根据权利要求7-9任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

语音播报装置，用于对所述第三计算装置计算出的当前仪表数据进行语音播报。