CN105783969A - 国四商用汽车仪表的步进电机指针表头视频读数方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了国四商用汽车仪表的步进电机指针表头视频读数方法，包括如下步骤：步骤1)：摄像机实时捕捉的每一帧视频图像，当前帧用I(x,y)表示，其中(x,y)为像素点坐标，I表示该点像素的RGB值；步骤2)：标定背景图像，构建无指针的背景图像；由摄像头捕捉视频的前N帧图像用来重构背景，其中N为自然数；在这N帧图像中，对于每个点(x,y)，都选取出现频率最高的像素做标记点，以该像素坐标为中心，选取误差在±a之间的所有像素为背景备选点，对这些像素取平均值，即为所构建的背景图像；步骤3)：利用背景差分实施检测；步骤4)计算差分后的图像中亮点的像素个数，根据亮点的像素面积，结合标定过的表盘数据信息，实时计算指针指向的刻度值。

Description

国四商用汽车仪表的步进电机指针表头视频读数方法

技术领域

本发明涉及汽车仪表盘检测领域，尤其涉及国四商用汽车仪表的步进电机指针表头视频读数方法。

背景技术

随着信息化、电子行业以及芯片封装技术的发展，汽车仪表先后经历了四个不同阶段，即：机械式仪表(第一代仪表，基于机械作用力工作)、电气式仪表(第二代仪表，基于电测原理)、模拟电路电子式仪表(第三代仪表，其与电气式仪表类似，但使用电子器件取代了原来的电气器件)和步进电机式全数字化汽车仪表(第四代仪表，其信号传输的方式已经从模拟信号变成数字信号，并朝着数字化、智能化、网络化方向发展)。通常仪表企业在汽车仪表的生产中，需要对其进行性能检测，即中检和终检，前者是在产品的半组装过程中，半成品老化之前进行的检测；后者是整个产品在组装完后，在包装之前出厂前的检测。汽车仪表的检测则需要专用的检测系统，仪表检测系统主要是能模拟出汽车在真实行驶过程中向汽车仪表发送的各种信号，从而驱动仪表的各种显示装置实现相应的显示，这样就能达到对仪表检测的目的，其在汽车仪表的功能性检验中具有重要的作用。

目前，商用汽车仪表大多采用步进电机式组合仪表，由于指针偏转角度存在检测困难，偏转值不易转化为电信号，针对商用汽车仪表的检测大多采用人工进行逐项检测，在仪表生产中存在效率低下等问题。虽然有文献提出采用视频处理方法进行指针偏转的检测，但是其多采用复杂的图像处理算法，虽然精度提高，但检测速度严重下降，且复杂的处理算法，开发难度较大，人力成本较高。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明提出了国四商用汽车仪表的步进电机指针表头视频读数方法。

本发明的技术方案为:

国四商用汽车仪表的步进电机指针表头视频读数方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)：摄像机实时捕捉的每一帧视频图像，当前帧用I(x,y)表示，其中(x,y)为像素点坐标，I表示该点像素的RGB值；

步骤2)：标定背景图像，构建无指针的背景图像；

由摄像头捕捉视频的前N帧图像用来重构背景，其中N为自然数；在这N帧图像中，对于每个点(x,y)，都选取出现频率最高的像素做标记点，以该像素坐标为中心，选取误差在±a之间的所有像素为背景备选点，对这些像素取平均值，即为所构建的背景图像；

步骤3)：利用背景差分实施检测；

前景图像F(x,y)可计算为，F(x,y)＝|I(x,y)-B(x,y)|，其中I(x,y)表示当前待检测的图像帧中(x,y)坐标的像素点的RGB值，B(x,y)为步骤2)中构建的无指针的背景图像；

步骤4)计算差分后的图像中亮点的像素个数，根据亮点的像素面积，结合标定过的表盘数据信息，实时计算指针指向的刻度值。

优选地，在选取的N帧图像中，至少有一半图像中的前景要处于运动状态。

优选地，步骤1)：调整好硬件设备，使摄像头对准仪表表盘，调整镜头使车速表表盘布满整个摄像头的视场空间；同时将待测仪表的车速信号线与标准的函数发生器连接，由函数发生器提供标准频率的PWM脉冲信号，从而驱动车速表指针偏转。

优选地，步骤1)中，误差在a的范围为±10。

本设计中考虑采用背景差分法进行指针偏转检测，背景差分可以较精确地获取运动前景，但要获得指针所指向刻度盘上的速度信息，依然比较困难，原因主要有：(1)运动前景图像中会有噪声，导致指针头不能精确提取；(2)即使获取了指针头的位置信息，要与速度数据一一对应，需要标定每个点的信息，工作量巨大，并且数学模型十分复杂，难以实际应用。

附图说明

图1是本发明的示意图；

图2是构建的背景图像；

图3是构建的无指针的背景图像；

图4是指针运动时某一帧图像的差分结果图；

图5是指针运动过程中的某一帧图像的差分结果图；

图6是指针未偏转时所对应的面积图像；

图7是指针最大偏转时所对应的面积图像；

图8是面积与速度的对应关系图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合图示与具体实施例，进一步阐述本发明。

如图1所示，为步进电机指针表头的视频读数方法流程图，共分为三个步骤执行，第一步是摄像机实时捕捉的每一帧视频图像，当前帧用I(x,y)表示，其中(x,y)为像素点坐标，I表示该点像素的RGB值。该图像信息比较复杂，有不变化的背景(不包含运动目标的图像，用B(x,y)表示)，还有随着时间变化的表盘指针运动。第二步构建背景差分所需要的无指针的背景图像，通常情况下，背景图像是无法直接获取的，需要用软件算法重新构建。第三步进行背景差分获取前景图像(感兴趣的运动表盘指针)，前景图像为用F(x,y)表示，

F(x,y)＝|I(x,y)-B(x,y)|

第四步，计算差分后的图像中亮点的像素个数，根据亮点的像素面积，结合标定过的表盘数据信息，即可实时计算指针指向的刻度值。

例如，根据表盘像素亮点的面积计算当前车速。

假设指针未偏转时的速度为v₀Km/h，相当于表盘的初始位置，当车速小于v₀Km/h认为车速为0，最大偏转时速度为v_maxKm/h；

假设当前帧速度为v时，当前帧图像差分后对应的面积为S_v，当速度为0Km/h时图像中白点面积为S₀，速度为v_maxKm/h时图像中白点面积为S_vmax，

计算当前的车速v为：

$v=v_{\max }\×\frac{S_v-S_{v0}}{S_{v\max }-S_{v0}}{S}_{v\max }+v_0$

由此完成步进电机速度表指针表头视频读数方法。

实施例1：

以国四商用汽车中的车速表为例，采用该检测方法的步骤如下：

第一步：准备工作。调整好硬件设备，使摄像头对准仪表表盘，调整镜头使车速表表盘布满整个摄像头的视场空间。同时将待测仪表的车速信号线与标准的函数发生器连接，由函数发生器提供标准频率的PWM脉冲信号，从而驱动车速表指针偏转。

第二步：标定背景图像，即构建无指针的背景图像。

在进行仪表指针的读数之前，应先进行无指针的背景图像构建。调整函数发生器输出，驱动车速表指针偏转，由摄像头捕捉视频的前N帧图像用来重构背景。其中N可以根据用户要求自己选择，一般要求选取的N帧图像中，至少有一半图像中的前景要处于运动状态，比如本应用在构建背景图像时，选取的N值较大，为100，原因是视频的前45帧图像中，函数发生器无输出，指针未运动，处于初始的静止状态。

在这N帧图像中，对于每个点(x,y)，都选取出现频率最高的像素做标记点，以该像素坐标为中心，选取误差在±10之间的所有像素为背景备选点，对这些像素取平均值，即为所构建的背景图像。原始图像如图2所示，构建的无指针的背景图像如图3所示。

第三步：利用背景差分实施检测。

由于在进行指针偏转检测时，一次检测，指针为单向运动，且表盘的刻度是均匀的，故在进行背景差分时，不清除已检测为目标的亮点。

前景图像F(x,y)可计算为，F(x,y)＝|I(x,y)-B(x,y)|，其中I(x,y)表示当前待检测的图像帧中(x,y)坐标的像素点的RGB值，B(x,y)为第二步构建的无指针的背景图像。

指针运动过程中的某一帧图像的差分结果如图4和图5所示。

第四步：根据表盘像素亮点的面积计算当前车速

考虑到指针未偏转时的速度为10Km/h(相当于表盘的初始位置，小于10Km/h认为车速为0)，最大偏转时为150Km/h，所对应的面积图像分别如图6和图7所示：

通过数白点数量的方法来计算差分图像亮点面积，速度为0Km/h时图像中白点面积为S₀，速度为150Km/h时图像中白点面积为S₁₅₀，那么S₀和S₁₅₀即为标定数据。

假设当前帧图像差分后对应的面积为S_v，结合标定数据，即可计算此时的速度，面积与速度的对应关系如图5所示。

根据图8，当前的车速为：

$v=150\×\frac{S_v-S_0}{S_{150}-S_0}{S}_{150}+10$

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (4)

1.国四商用汽车仪表的步进电机指针表头视频读数方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)：摄像机实时捕捉的每一帧视频图像，当前帧用I(x,y)表示，其中(x,y)为像素点坐标，I表示该点像素的RGB值；

步骤2)：标定背景图像，构建无指针的背景图像；

由摄像头捕捉视频的前N帧图像用来重构背景，其中N为自然数；在这N帧图像中，对于每个点(x,y)，都选取出现频率最高的像素做标记点，以该像素坐标为中心，选取误差在±a之间的所有像素为背景备选点，对这些像素取平均值，即为所构建的背景图像；

步骤3)：利用背景差分实施检测；

前景图像F(x,y)可计算为，F(x,y)＝|I(x,y)-B(x,y)|，其中I(x,y)表示当前待检测的图像帧中(x,y)坐标的像素点的RGB值，B(x,y)为步骤2)中构建的无指针的背景图像；

步骤4)计算差分后的图像中亮点的像素个数，根据亮点的像素面积，结合标定过的表盘数据信息，实时计算指针指向的刻度值。

2.根据权利要求1所述的国四商用汽车仪表的步进电机指针表头视频读数方法，其特征在于，在选取的N帧图像中，至少有一半图像中的前景要处于运动状态。

3.根据权利要求1所述的国四商用汽车仪表的步进电机指针表头视频读数方法，其特征在于，步骤1)中，包括调整好硬件设备，使摄像头对准仪表表盘，调整镜头使车速表表盘布满整个摄像头的视场空间；同时将待测仪表的车速信号线与标准的函数发生器连接，由函数发生器提供标准频率的PWM脉冲信号，从而驱动车速表指针偏转。

4.根据权利要求1所述的国四商用汽车仪表的步进电机指针表头视频读数方法，其特征在于，步骤1)中，误差在a的范围为±10。