CN105783970A - 一种汽车仪表指针的数字化识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种汽车仪表指针的数字化识别方法,用到一种自动化测试装置,该装置至少包括控制器和图像传感器,控制器与待测仪表之间电连接,图像传感器与控制器之间电连接,待测仪表和图像传感器之间刚性连接,并将图像传感器对准待测仪表的表头,使图像传感器与待测仪表的表头之间的相对位置在非人为操作的情况下处于固定状态;该方法主要包括计算指针旋转中心、确定测试基准线以及指针偏转角度与指针指示值换算等步骤,具有算法简单、计算快速、识别精度高、易于操作实现且成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车仪表指针识别技术,具体地说是一种用于自动化测试的汽车仪表指针指示值数字化识别方法。
背景技术
常用的汽车仪表类型为指针式仪表,一般由车速表、转速表、水温表和燃油表四个表盘组成。近年来汽车中的仪表功能有越来越多的趋势,而客户对仪表功能测试的要求也越来越高,人工测试的压力也越来越大,加上人工测试的不确定性以及随机性导致要彻底验证一款仪表的功能,需要大量的人力以及时间来保证测试的准确性。因此自动化测试显得尤为重要,其中指针识别技术又是自动化测试的关键技术。
目前常用的汽车仪表指针识别技术有以下几种:
①位图比对技术:将需要测试的几个测试点(如车速表的0Km/h、10Km/h、20Km/h、30Km/h、40Km/h……)保存为位图格式存放在图库中,利用外部设备让车速表指到对应位置,利用传感器采集到表头的显示位图与图库中的标准位图进行比对,利用查询比较法获得车速的实际指示值。
②指针角度计算技术:利用图像采集传感器采集表头图像,利用图像处理技术将指针从图像中提取出来,取指针上的一些点组成一条线段,计算出这段线段的角度,根据角度换算出指针指示的实际值。
③在②的基础上采用外部设备首先确定指针的圆心,作为线段的起始点,再在线段上的合适位置找到另一点采用两点发确定指针的角度,将角度换算成对应的指示值。
以上三种方式都存在一些弊端,①中的指针信息以位图形式存储大量耗费存储空间,且查询法耗费时间,不利于测试;②中方法对180°以内的表盘没有问题,但表盘指针超过180°就会存在不同指示值的角度重叠问题;③虽然解决了角度重叠的问题,但找准圆心需要精密的设备以及合适的角度,一旦出现传感器角度和位置发生变化,需耗费大量时间去调整。
发明内容
本发明正是针对背景技术中所存在的技术问题,提供一种算法简单、计算快速、不产生误判、无需精密设备且易于操作的汽车仪表指针的数字化识别方法。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案为,一种汽车仪表指针的数字化识别方法,该方法用到一种自动化测试装置,该装置至少包括控制器和图像传感器,所述控制器与待测仪表之间电连接,所述图像传感器与控制器之间电连接,待测仪表和图像传感器之间刚性连接,并将图像传感器对准待测仪表的表头,使图像传感器与待测仪表的表头之间的相对位置在非人为操作的情况下处于固定状态;所述的数字化识别方法包括如下步骤:
(Ⅰ)开机上电,控制器进入初始化设置模式:
(1)初始图像获取:控制器完成程序初始化后自动设置待测仪表的指针转角为初始角度0(即待测仪表表盘上的零标度位置),图像传感器采集第一帧彩色源图像并送入控制器;再次自动设置待测仪表的指针转角为相对于初始角度的90°角,此处采用直角方式使计算出指针的旋转中心位置的方程式更为简单高效,图像传感器采集第二帧彩色源图像并送入控制器;
(2)初始图像预处理:控制器对采集到的第一帧和第二帧彩色源图像进行图像灰度和二值化处理后转换成只有黑色和白色的第一幅黑白图像和第二幅黑白图像,其中,在黑白图像中,指针为白色,表盘及表盘上的标度信息为黑色;
(3)计算指针的旋转中心:控制器利用图像处理技术在第一幅黑白图像和第二幅黑白图像中分别提取出指针线段,将两线段延长为两条直线,并得两个直线方程,利用两个直线方程计算出两条直线的交点,即得指针的旋转中心;
(4)确定测试基准线:控制器将指针的旋转中心作为已知圆心以及将指针长度作为半径组成新的圆对第一幅黑白图像进行切割,图像中的指针与该圆产生一个交点,将该交点与已知圆心连接形成一条射线,以此射线作为测试的基准线;
(Ⅱ)控制器进入自动化测试模式:
(5)控制器自动设置待测仪表的指针为实际测试值,图像传感器采集图像并送入控制器,控制器对图像经过图像灰度及二值化处理后得到黑白图像,利用霍夫(Hough)变换在黑白图像中提取出指针线段,并采用以已知圆心为圆心的圆对指针线段进行切割产生交点,将以已知圆心作为端点与交点构成测试射线;
(6)将从测试基准线起始顺时针旋转到测试射线结束所形成的夹角记为指针的偏转角度,根据指针的偏转角度与指针的指示值间的数值对应关系式Y=A*θ计算出当前指针的实际指示值,上式中,Y表示指针的实际指示值,A为比例系数,通过多次鲁棒试验获得,θ表示指针的偏转角度;
(7)控制器在进入下一轮测试前自动检测图像传感器与待测仪表之间的相对位置,并判断该位置是否发生变动,若控制器检测到移动标志位的数值为“1”时,则跳转到步骤(1)开始往下执行,若控制器检测到移动标志位的数值为“0”时,则跳转到步骤(5)继续往下执行,直至检测到停止测试的信号时结束当前测试。
作为本发明的一种改进,所述控制器上设有用于识别待测仪表与图像传感器间相对位置是否发生移动的位置复位按钮,当手动按下位置复位按钮时,控制器内的移动标志位被设置为数值“1”,当程序执行完重新找指针的旋转中心(即新圆心)操作后将复位按钮弹起时,控制器内的移动标志位被设置为数值“0”。
作为本发明的一种改进,目前汽车仪表多采用步进电机驱动指针旋转,因此,所述控制器和待测仪表之间通过CAN总线通讯工具或PWM信号发生器通讯连接,控制器发送CAN信号或PWM信号传输给待测仪表来驱动步进电机转动,所述控制器和图像传感器之间通过导线或蓝牙或无线网络相连,所述控制器采用包含但不限于DSP芯片实现。
作为本发明的一种改进,所述步骤(3)中计算指针的旋转中心的具体操作如下:控制器生成两个半径均不超过指针长度的同心圆对第一幅黑白图像进行切割使得图像中的指针与两个同心圆产生两个交点,并得到第一条直线和第一直线方程;再次使用同心圆对第二幅黑白图像进行切割并得到第二条直线和第二直线方程,利用第一和第二直线方程计算出第一条和第二条直线的交点,即得指针的旋转中心。
作为本发明的一种改进,在所述步骤(2)和步骤(5)中控制器对图像进行二值化处理的过程为:
1)将经过图像灰度处理所得灰度图像进行图像灰度级N统计,并记载每个灰度级个数NumiNumi,i=1,2,…,N;
2)分别对相邻两组Numi数据求和,得到其中k=1,2,…,N;当Sum1/Sum2<0.1时,可得灰度图像二值化处理的阈值T=k+2;
3)遍历灰度图像,将灰度图像中像素值小于或等于T的值重新赋值255,否则重新赋值0,从而得到黑白图像。
作为本发明的一种改进,所述彩色源图像的格式为无损BMP格式,所述黑白图像的格式为BMP格式,一方面节省了控制器的存储空间,另一方面也方便运算处理。
相对于现有技术,本发明所提出的方法操作简单快速,无需精密的外部设备,校准仪表指针的旋转中心由控制器自动实现,并且无需太大的外部存储空间,准换速度快且判别延时小,判别精度高,误判率低,性能稳定可靠,便于推广使用。
附图说明
图1为本发明所用到的装置的系统结构框图。
图2为本发明的测试操作流程图。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解和认识,下面结合附图对本发明作进一步描述和介绍。
一种汽车仪表指针的数字化识别方法,该方法用到一种自动化测试装置,如图1所示,该装置包括控制器、图像传感器和和触摸显示屏,所述控制器采用DSP芯片实现,控制器通过CAN总线通讯工具(如SPY3、CANoe等)与待测仪表通讯连接,所述图像传感器与控制器之间导线连接。所述触摸显示屏连接在控制器上,作为人机接口使用,通过触摸显示屏可设置整个装置的测试参数,并且测试过程的各模式状态以及测试数据等可通过触摸显示屏直观地呈现在用户面前。待测仪表和图像传感器之间刚性连接,并且图像传感器对准待测仪表的表头,图像传感器与待测仪表的表头之间的相对位置在非人为操作的情况下处于固定状态。所述控制器上设有用于识别待测仪表与图像传感器间相对位置是否发生移动的位置复位按钮,当手动按下位置复位按钮时,控制器内的移动标志位被设置为数值“1”,当程序执行完重新找指针的旋转中心操作后将复位按钮弹起时,控制器内的移动标志位被设置为数值“0”。
如图2所示,本发明所提出汽车仪表指针的数字化识别方法具体包括如下步骤:
(1)固定待测仪表:将图像传感器与待测仪表之间进行刚性连接让图像传感器对准待测仪表的表头,按下位置复位按钮手动将控制器中的移动标志位设置为数值“1”。
将控制器与待测仪表采用CAN总线进行通信连接,开机上电控制器进入初始化设置模式:
(2)初始图像获取:控制器完成程序初始化后自动设置待测仪表的指针转角至待测仪表表盘上的零标度位置(如车速表的0Km/h),图像传感器采集第一帧图像并送入控制器;再次自动设置待测仪表的指针转角为相对于初始角度的90°角,图像传感器采集第二帧图像并送入控制器。
(3)初始图像预处理:控制器采集到的第一帧和第二帧图像均为无损BMP格式的彩色源图像,对源图像进行图像灰度和二值化处理后转换成只有黑色和白色的第一幅黑白BMP图像和第二幅黑白BMP图像,在黑白BMP图像中,指针为白色,表盘及表盘上的标度信息为黑色;一般表盘背景与指针颜色会有较大反差,利用此反差设置阀值将指针与表盘转换成黑白二值化图像,具体操作过程如下。
1)将经过图像灰度处理所得灰度图像进行图像灰度级N统计,并记载每个灰度级个数NumiNumi,i=1,2,…,N;
2)分别对相邻两组Numi数据求和,得到其中k=1,2,…,N;当Sum1/Sum2<0.1时,可得灰度图像二值化处理的阈值T=k+2;
3)遍历灰度图像,将灰度图像中像素值小于或等于T的值重新赋值255,否则重新赋值0,从而得到黑白二值化图像。
(4)计算指针的旋转中心:控制器设置两个半径均不超过指针长度的同心圆对第一幅黑白BMP图像进行切割使得图像中的指针与两个同心圆产生两个交点,并得到第一条直线,再次使用同心圆对第二幅黑白BMP图像进行切割并得到第二条直线,根据第一条和第二条直线可得出两条直线方程,利用直线方程计算出交点,即得指针的旋转中心。
(5)确定测试基准线:控制器将指针的旋转中心作为已知圆心以及将指针的长度作为半径组成新的圆对第一幅黑白BMP图像进行切割,图像中的指针与该圆产生一个交点,将该交点与已知圆心连接形成一条射线,以此射线作为测试的基准线。
控制器进入正式测试模式:
(6)控制器自动设置待测仪表的指针为实际测试值(如车速表的0Km/h、10Km/h、20Km/h、30Km/h、40Km/h……),图像传感器采集图像并送入控制器,在对图像经过图像灰度及二值化处理得到黑白BMP图像,利用Hough变换在黑白BMP图像中提取出指针线段,并在指针线段的适当位置上取点与已知圆心构成测试射线。
(7)将从基准射线起始顺时针旋转到测试射线结束所形成的夹角记为指针的偏转角度,根据指针的偏转角度与指针的指示值的数值对应关系式Y=A*θ(其中,Y为指针的实际指示值,A为比例系数,通过多次鲁棒试验获得,θ为指针的偏转角度)计算出当前指针的实际指示值。其中,针对车速表,车速表的指针偏转角度范围一般为0-240°,对应的速度值范围为0-220km/h,A=220/240=11/12,其指针的偏转角度与指示值的数值对应关系式具体为V=11/12*θ,式中V为车速,θ为指针的偏转角度。针对转速表,转速表的指针偏转角度范围一般为0-240°,对应的转速值范围为0-8000rpm/min,A=8000/240=100/3,其指针的偏转角度与指示值的数值对应关系式具体为R=100/3*θ,式中R为转速,θ为指针的偏转角度。
(8)控制器在进入下一轮测试前自动检测图像传感器与待测仪表之间的相对位置,并判断该位置是否发生变动,当人为调整图像传感器与待测仪表之间的相对位置后,按下位置复位按钮,若控制器检测到移动标志位的数值为“1”时,则跳转到步骤(2)开始往下执行,若控制器检测到移动标志位的数值为“0”时,则跳转到步骤(6)继续往下执行,直至检测到停止测试的信号时结束当前测试。
需要说明的是上述实施例,并非用来限定本发明的保护范围,在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。在权利要求中,不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。单词第一、第二的使用不表示任何顺序,可将这些单词解释为名称。
Claims (6)
1.一种汽车仪表指针的数字化识别方法,其特征在于:该方法用到一种自动化测试装置,该装置至少包括控制器和图像传感器,所述控制器与待测仪表之间电连接,所述图像传感器与控制器之间电连接,待测仪表和图像传感器之间刚性连接,并将图像传感器对准待测仪表的表头,使图像传感器与待测仪表的表头之间的相对位置在非人为操作的情况下处于固定状态;所述的数字化识别方法包括如下步骤:
(Ⅰ)开机上电,控制器进入初始化设置模式:
(1)初始图像获取:控制器完成程序初始化后自动设置待测仪表的指针转角为初始角度0,图像传感器采集第一帧彩色源图像并送入控制器;再次自动设置待测仪表的指针转角为相对于初始角度的90°角,图像传感器采集第二帧彩色源图像并送入控制器;
(2)初始图像预处理:控制器对采集到的第一帧和第二帧彩色源图像进行图像灰度和二值化处理后转换成只有黑色和白色的第一幅黑白图像和第二幅黑白图像,其中,在黑白图像中,指针为白色,表盘及表盘上的标度信息为黑色;
(3)计算指针的旋转中心:控制器利用图像处理技术在第一幅黑白图像和第二幅黑白图像中分别提取出指针线段,将两线段延长为两条直线,并得两个直线方程,利用两个直线方程计算出两条直线的交点,即得指针的旋转中心;
(4)确定测试基准线:控制器将指针的旋转中心作为已知圆心以及将指针长度作为半径组成新的圆对第一幅黑白图像进行切割,图像中的指针与该圆产生一个交点,将该交点与已知圆心连接形成一条射线,以此射线作为测试的基准线;
(Ⅱ)控制器进入自动化测试模式:
(5)控制器自动设置待测仪表的指针为实际测试值,图像传感器采集图像并送入控制器,控制器对图像经过图像灰度及二值化处理后得到黑白图像,利用霍夫变换在黑白图像中提取出指针线段,并采用以已知圆心为圆心的圆对指针线段进行切割产生交点,将以已知圆心作为端点与交点构成测试射线;
(6)将从测试基准线起顺时针旋转到测试射线止所形成的夹角记为指针的偏转角度,根据指针的偏转角度与指针的指示值间的数值对应关系式Y=A*θ计算出当前指针的实际指示值,上式中,Y表示指针的实际指示值,A为比例系数,θ表示指针的偏转角度;
(7)控制器在进入下一轮测试前自动检测图像传感器与待测仪表之间的相对位置,并判断该位置是否发生变动,若控制器检测到移动标志位的数值为“1”时,则跳转到步骤(1)开始往下执行,若控制器检测到移动标志位的数值为“0”时,则跳转到步骤(5)继续往下执行,直至检测到停止测试的信号时结束当前测试。
2.如权利要求1所述的一种汽车仪表指针的数字化识别方法,其特征在于,所述控制器上设有用于识别待测仪表与图像传感器间相对位置是否发生移动的位置复位按钮,当手动按下位置复位按钮时,控制器内的移动标志位被设置为数值“1”,当程序执行完重新找指针的旋转中心操作后将复位按钮弹起,同时控制器内的移动标志位被设置为数值“0”。
3.如权利要求1所述的一种汽车仪表指针的数字化识别方法,其特征在于,所述控制器和待测仪表之间通过CAN总线通讯工具或PWM信号发生器通讯连接,所述控制器和图像传感器之间通过导线或蓝牙或无线网络相连,所述控制器采用包含但不限于DSP芯片实现。
4.如权利要求2或3所述的一种汽车仪表指针的数字化识别方法,其特征在于,所述步骤(3)中计算指针的旋转中心的具体操作如下:控制器生成两个半径均不超过指针长度的同心圆对第一幅黑白图像进行切割使得图像中的指针与两个同心圆产生两个交点,并得到第一条直线和第一直线方程;再次使用同心圆对第二幅黑白图像进行切割并得到第二条直线和第二直线方程,利用第一和第二直线方程计算出第一条和第二条直线的交点,即得指针的旋转中心。
5.如权利要求4所述的一种汽车仪表指针的数字化识别方法,其特征在于,在所述步骤(2)和步骤(5)中控制器对图像进行二值化处理的过程为:
1)将经过图像灰度处理所得灰度图像进行图像灰度级N统计,并记载每个灰度级个数Numi,i=1,2,…,N;
2)分别对相邻两组Numi数据求和,得到其中k=1,2,…,N;当Sum1/Sum2<0.1时,可得灰度图像二值化处理的阈值T=k+2;
3)遍历灰度图像,将灰度图像中像素值小于或等于T的值重新赋值255,否则重新赋值0,从而得到黑白图像。
6.如权利要求5所述的一种汽车仪表指针的数字化识别方法,其特征在于,所述彩色源图像的格式为无损BMP格式,所述黑白图像的格式为BMP格式。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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