CN105809151B - 灭火器压力表状态的图像识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种灭火器压力表状态的图像识别方法，包括如下步骤：采集灭火器压力表的数字图像，对所述灭火器压力表的数字图像进行预处理；采用霍夫变换方式和预设的压力表表盘颜色特征，从所述预处理后的数字图像中提取出压力表的表盘区域；利用HSI颜色特征，从所述压力表的表盘区域中查找到指针当前所在位置；根据所述指针当前所在位置和预设颜色判断条件，检测指针左右两侧的颜色，以判断所述压力表的当前状态。本发明完成压力表状态的自动识别，排除一定环境因素和自身条件的影响，识别准确率高。

Description

灭火器压力表状态的图像识别方法

技术领域

本发明涉及数字图像处理技术领域，特别涉及一种灭火器压力表状态的图像识别方法。

背景技术

灭火器压力表是反应其内部充装状态的仪表，在诸多部门和行业特别是危险品存放区域中，需要实时监控灭火器状态，确保正常充装来避免意外。而在灭火器较多的情况下，人工逐个读取并记录压力表状态较为枯燥，重复性的工作容易使人疲惫而发生错误，所以本发明提供一种计算机识别方法。

灭火器压力表多采用指针和圆形表盘结构，目前，基于数字图像处理技术的指针式仪表自动识别方法多是针对读数型仪表的，指针颜色和背景颜色区分度较高，例如，采用黑色指针、读数和刻度，白色表盘。该类型仪表的指针和读数刻度特征的识别较为方便。然而，多数灭火器型号采用红绿黄三种颜色来区分再充装、正常和超充装三种状态，颜色区域中间用黑色线进行区分，指针颜色偏向于黄褐色，和背景区分度不高。同时，受光照环境和其他因素影响，颜色存在一定的波动。以上问题均给压力表状态的图像识别造成了困难。

专利CN 102954856A公开了一种灭火器专用压力表，包括表体、感应式接近开关、纽扣电池组和闪光灯，指针同时处于设置在此处的感应式接近开关的上方，并同时触发感应式接近开关的导通使闪光灯点亮，周围的人员及时地发现，排除故障，避免由此可能引发的安全事故。但是，该技术方案仍无法实现自动识别压力表状态。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种灭火器压力表状态的图像识别方法，可以完成压力表状态的自动识别，排除一定环境因素和自身条件的影响，识别准确率高。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种灭火器压力表状态的图像识别方法，包括如下步骤：

步骤S1，采集灭火器压力表的数字图像，对所述灭火器压力表的数字图像进行预处理；

步骤S2，采用霍夫变换方式和预设的压力表表盘颜色特征，从所述预处理后的数字图像中提取出压力表的表盘区域；

步骤S3，利用HSI颜色特征，从所述压力表的表盘区域中查找到指针当前所在位置；

步骤S4，根据所述指针当前所在位置和预设颜色判断条件，检测指针左右两侧的颜色，以判断所述压力表的当前状态。

进一步，在所述步骤S1中，对所述灭火器压力表的数字图像进行预处理，包括：对所述数字图像先后进行尺寸变换和高斯平滑处理。

进一步，所述数字图像进行尺寸变换，包括：对所述数字图像进行图像尺寸的减小化处理，且在尺寸减小化处理的同时，保持所述数字图像尺寸的长宽比不变；

对尺寸减小化处理后的数字图像进行高斯平滑的处理，以滤除所述数字图像中的噪声信号。

进一步，在所述步骤S2中，对所述预处理后的数字图像采用霍夫变换方式，得到多个圆形区域，根据预设的表盘区间，从所述多个圆形区域中筛选出位于所述表盘区间内的圆形区域，作为初始压力表表盘圆形区域。

进一步，以预设扫描半径对所述初始压力表表盘圆形区域进行圆周扫描，统计符合所述压力表表盘颜色特征的扫描点数量，如果符合所述压力表表盘颜色特征的扫描点数量大于预设阈值，则判断所述符合条件的圆形区域为压力表的表盘区域。

进一步，所述压力表表盘颜色特征包括红色、绿色和黄色，分别统计红色扫描点、绿色扫描点和黄色扫描点的数量，如果所述红色扫描点、绿色扫描点和黄色扫描点的数量均大于对应的预设阈值，则判断符合上述条件的圆形区域为压力表的表盘区域。

进一步，在所述步骤S3中，利用HSI颜色特征，以预设半径对所述压力表的表盘区域的进行扫描，当检测到符合所述指针的颜色的区域后，判断该区域为所述指针的当前所在位置。

进一步，所述压力表盘包括多个颜色区域，每个所述颜色区域对应所述压力表的一种状态，当检测到所述指针左右两侧区域的颜色均相同，则判断所述指针处于对应的颜色区域中，进而判断所述压力表所处的当前状态为与该颜色区域对应的压力表状态。

根据本发明实施例的灭火器压力表状态的图像识别方法，采用尺寸变换、高斯平滑对采集到的数字图像进行预处理，使用Hough变换方法提取圆形表盘区域，依据HSI色彩空间内红黄绿颜色和指针颜色特征，准确的判断出指针位置，进而判断当前压力表状态，从而完成压力表状态的自动识别，排除一定环境因素和自身条件的影响，识别准确率高。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的灭火器压力表状态的图像识别方法的流程图；

图2为根据本发明另一个实施例的灭火器压力表状态的图像识别方法的流程图；

图3为根据本发明实施例的压力表的表盘扫描示意图；

图4为根据本发明实施例的圆周扫描点H分量曲线示意图；

图5为根据本发明实施例的圆周扫描点S分量曲线示意图；

图6为根据本发明实施例的表盘圆形区域识别的流程图；

图7为根据本发明实施例的指针识别流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例的灭火器压力表状态的图像识别方法，包括如下步骤：

步骤S1，采集灭火器压力表的数字图像，对灭火器压力表的数字图像进行预处理。

具体地，对灭火器压力表的数字图像进行预处理，包括：对数字图像先后进行尺寸变换和高斯平滑处理。

(1)尺寸变换

由于原始的数字图像较大，不利于计算。为了加快处理速度，本步骤对数字图像进行减小图像尺寸处理。参考图2，对数字图像进行图像尺寸的减小化处理，缩减采集到的包含压力表的彩色数字图像尺寸。在尺寸减小化处理的同时，保持数字图像尺寸的长宽比不变，即长宽压缩比需相同，从而保证圆形表盘区域几何特征不受影响。

例如，设图片高度为600，缩减后宽度可通过以下公式计算：

其中，width_src为原始图像宽度，height_src为原始图像高度，width_dst为压缩后图像宽度，基于此得到的图像大小为(width_ds,600)。需要说明的是，本步骤也可以根据计算机得计算性能和压力表的实际表盘区域大小，调整图像尺寸。

(2)高斯变换

对尺寸减小化处理后的数字图像进行高斯平滑的处理，即对数字图像进行模糊处理，滤除数字图像中的噪声信号，从而便于后续霍夫Hough圆变换提取圆形区域。

在本发明的一个实施例中，高斯变换中采用高斯平滑模板大小为3×3。需要说的是，根据具体的使用情况，高斯平滑模板的尺寸也可以为其他，在此不再赘述。

综上，尺寸变换可以将较大尺寸的原始彩色图像转换为较小的待处理彩色图像，从而可以提高后续流程的计算速度。高斯平滑可以一定程度上模糊图像，去除数字图像中的部分噪声。

步骤S2，采用霍夫Hough变换方式和预设的压力表表盘颜色特征，从预处理后的数字图像中提取出压力表的表盘区域。

下面对压力表的表盘布局进行说明。如图3所示，灭火器的压力表的表盘采用如图所示的布局方式。表盘内部设有红、绿、黄等颜色区域。其中，当指针位于红色区域时，表示压力表处于需再充装的工作状态；当指针位于绿色区域时，表示压力表处于正常的工作状态；当指针位于黄色区域时，表示压力表处于过充装的工作状态。表盘内的白色区域，用于标明厂家信息和其他压力表参数。压力表的指针可以为黄褐色，人工读取时，通过观察指针指向位置来判断当前压力表状态。

在本步骤中，首先对预处理后的数字图像采用霍夫Hough圆变换方式，得到包括表盘区域在内的多个圆形区域。为避免大量的非表盘区域的圆被误提取出来，需要设置表盘区间。即，设置Hough圆变换中最小半径rmin和最大半径rmax，其中rmin和rmax均为像素单位。

优选的，根据实际图像中的压力表大小，设置如下：rmin＝100,rmax＝200。

根据上述设置的表盘区间，从多个圆形区域中筛选出位于表盘区间内的圆形区域，即，半径位于上述区间内的圆形区域为初始压力表表盘圆形区域，从而去除部分非表盘区域圆形。

然后，以扫描半径，围绕圆心改变角度对初始压力表表盘圆形区域进行圆周扫描，统计符合压力表表盘颜色特征的扫描点数量，如果符合压力表表盘颜色特征的扫描点数量大于预设阈值，则判断符合条件的圆形区域为压力表的表盘区域。

在本发明的一个实施例中，压力表表盘颜色特征包括红色、绿色和黄色。围绕圆心，取小于圆形半径的长度进行圆周式扫描，获取多个点的颜色值，依据HSI色彩空间特征，判断颜色类别，统计不同颜色类别的扫描点数量，如果红色扫描点、绿色扫描点和黄色扫描点的数量均大于对应的预设阈值，则判断符合上述条件的圆形区域为压力表的表盘区域。

具体地，对初始压力表表盘圆形区域，以小于圆形半径的长度进行圆周式扫描，计算像素点的RGB值，转化到HSI色彩空间内。由于原始图像颜色模型多采用RGB模式，而HSI色彩空间更符合人的颜色识别习惯，同时颜色区分度较高。本发明将RGB模式转换到HSI色彩空间内识别。其中，H表示色调(角度表示)，S表示饱和度，I表示亮度。同时，在该HSI空间下，颜色区分度更高，相同颜色区域内H分量连续，不同区域内存在明显的跳变特征。例如表盘内的红色的H分量大于330或者小于10，而黄色多位于50到100内。根据该颜色空间，可以准确的区分不同颜色类别。

扫描一周后，扫描点的H和S曲线如图4和图5所示。其中，纵坐标代表了相应H或者S分量大小。由于红色的H分布于0-20度和330-360度之间，为保证红色部分不发生跳变，当H<20时，将H转变为360-H。

虽然受光照和表盘自身颜色影响，不同压力表的颜色分布不同，但是依据扫描如图4所示的结果，红绿黄区域本身色调值H存在颜色连续性，而不同区域之间存在明显的跳变，所以可以依据此来判定当前颜色类别，是否属于红，黄，绿。

对于表盘中的其他颜色区域，例如表盘中白色区域，虽然在H值上可能会与红黄绿三种颜色重合，但是依据如图5扫描的饱和度S曲线图，可以发现白色区域的饱和度S明显低于其他颜色，所以可以通过该特征排除。

RGB颜色模型向HSI色彩空间模型的变换的计算方法为：

1)

其中

2)

3)

设当前Hough变换得到的圆半径为rcircle，参考图3中虚线方式，采用0.7×rcircle大小的半径，角度间隔为0.5度的方法，顺时针方向进行圆形轨迹扫描，共采集到720个点，红黄绿颜色点数量需同时满足以下要求：

其中，nred、nyellow和ngreen分别为红色、黄色、绿色点的数量。

最后，统计不同颜色类别的扫描点数量，如果红色扫描点、绿色扫描点和黄色扫描点的数量均大于对应的预设阈值，则判断符合上述条件的圆形区域为压力表的表盘区域。

在本发明的一个实施例中，预设阈值如下设置：

1)红色：H＞330，S＞0.3；

2)绿色：100＜H＜200，S＞0.3；

3)黄色：50＜H＜100，S＞0.6。

需要说明的是，根据不同情况微调以上参数以更好的甄别不同颜色。

图6为根据本发明实施例的表盘圆形区域识别的流程图。

步骤S601，获取圆序列。

步骤S602，设置当前圆形区域扫描半径r为0.7*r_circle。

步骤S603，获取圆周轨迹上扫描点的HSI颜色值，判断扫描点颜色类型，进行统计。

步骤S604，判断红黄绿点数量是否均达到阈值，如果是，则执行步骤S605，否则执行步骤S606。

步骤S605，输出表盘圆心和半径，结束。

步骤S606，判断是否所有圆形区域都已扫描，如果没有，则执行步骤S607，否则执行步骤S608。

步骤S607，设置下一个圆，返回步骤S602。

步骤S608，没有找到压力表的表盘区域，结束。

步骤S3，利用HSI颜色特征，从压力表的表盘区域中查找到指针当前所在位置。

具体地，利用HSI颜色特征，以预设半径对压力表的表盘区域的进行扫描，当检测到符合指针的颜色的区域后，判断该区域为指针的当前所在位置。

依据指针HSI颜色空间特征，单独设置HSI色彩空间判据，设置一定的半径，从红色区域开始角度向黄色区域结束角度扫描，在扫描点被判别为指针颜色后，仍需提取扫描点右侧部分点进行判别，增强抗干扰性。

在指针识别过程中，由于指针一定分布于红黄绿三种颜色区域内，为减小指针识别误差，所以先要划定有实际意义的颜色区域。表盘红黄绿三种颜色区域通常分布顺序为红->绿->黄(顺时针方向)，需要找出红色与白色边界、黄色与白色边界，两者之间的颜色区域存在指针。

图7为根据本发明实施例的指针识别流程图。

步骤S701，设置扫描初始半径r，开始角度θstart和结束角度θend。

设置初始扫描半径为0.8×rcircle，沿顺时针进行扫描，如果点满足：

d_s＝S-S′＞50，H＞330，

则该点是红色和白色区域边界，将该点角度设置为扫描起始角度：θstart。其中S’为该点前一个点的饱和度分量。

继续扫描，如果点满足：

d_s＝S-S″＞0.5，50＜H＜100

则该点是黄色和白色边界，将该点角度设置为扫描结束角度：θend。其中S”为该点后一个点饱和度分量。

步骤S702，获取当前扫描点HSI颜色值。

步骤S703，判断是否为指针点颜色，如果是，则执行步骤S704，否则执行步骤S705。

由于指针半径要小于表盘半径，所以需要缩小半径进行扫描，直至找到指针。本发明采用半径从大到小，方向为顺时针方式从θstart向θend扫描。同时由于指针的颜色偏向于黄褐色，同时又存在一定的不确定性，所以单独设置一个阈值作为指针颜色判据，具体设置如下：50<H<100,0.1<S<0.6。

步骤S704，计算右侧连续五个扫描点HSI颜色值。

为排除其他要素的干扰，在找到指针点后，需要沿着扫描半径对被判别为指针颜色点右侧的点继续进行检测，如果指针右侧多个连续点均为指针颜色，则判定当前位置为指针。具体地，选取右侧5个点，如果其中4个以上点为指针点，则判定当前位置为指针，并将当前扫描半径设置为指针半径rp，当前指针角度设置为θp。

步骤S705，增大扫描角度θ，执行步骤S708。

步骤S706，判断指针颜色点比率是否大于0.6，如果是，则执行步骤S707，否则执行步骤S705。

步骤S707，查找到指针的当前所在位置，结束扫描。

步骤S708，判断角度是否满足θ>θend，如果是，则执行步骤S709，否则执行步骤S702。

步骤S709，减小半径r。

步骤S710，判断半径r是否小于最小扫描半径，如果是，则执行步骤S712，否则执行步骤S711。

其中，最小扫描半径设置为0.5×rcircle，如果找到满足指针条件的点，则立刻退出并将当前角度和半径作为指针数据，

步骤S711，将扫描角度设置为θstart。

步骤S712，判断没有找到指针位置，结束扫描。

如果在指定范围内没有找到指针，则判定当前压力表状态位置，退出识别流程。

步骤S4，根据指针当前所在位置和预设颜色判断条件，检测指针左右两侧的颜色，以判断压力表的当前状态。

压力表盘包括多个颜色区域，每个颜色区域对应压力表的一种状态，当检测到指针左右两侧区域的颜色均相同，则判断指针处于对应的颜色区域中，进而判断压力表所处的当前状态为与该颜色区域对应的压力表状态。

当检测到指针左右两侧区域的颜色不同，则判断压力表所处的当前状态为右侧颜色区域对应的压力表状态。

具体地，以θp为起始角度，rp为半径沿着逆时针方向扫描，扫描角度幅度为20度，如果扫描点颜色为指针颜色，则继续扫描，直到找到一个点为红黄绿一种，设为左侧颜色cl，例如扫描到点颜色为红，则cl＝R(红色R，黄色Y，绿色G)。如果扫描结束后，仍然没有找到点属于红黄绿其中一种，则将cl设置为其他颜色，即cl＝E。然后采用相同方式对右侧进行识别，但是将扫描方向为顺时针，将识别颜色设为右侧颜色cr。

根据左右侧识别到的颜色情况，压力表的状态可分为以下几种情况：

1)cl：红色，cr：红色

判断指针当前指向红色区域，判断压力表状态为再充装状态。

2)cl:红色，cr：绿色

判断指针当前指向红色和绿色边界，依据保守性原则，判断压力表状态为再充装状态。

3)cl:绿色，cr：绿色

判断指针当前指向绿色区域，判断当前压力表为正常状态。

4)cl：绿色，cr：黄色

判断指针当前指向绿色和黄色边界，依据保守性原则，判断压力表状态为过充装状态。

5)cl：黄色，cr：黄色

判断指针当前指向黄色区域，判断压力表状态为过充装状态。

6)cl或者cr为其他颜色

没有识别出压力表状态，压力表状态未知。

根据本发明实施例的灭火器压力表状态的图像识别方法，采用尺寸变换、高斯平滑对采集到的数字图像进行预处理，使用Hough变换方法提取圆形表盘区域，依据HSI色彩空间内红黄绿颜色和指针颜色特征，准确的判断出指针位置，进而判断当前压力表状态，从而完成压力表状态的自动识别，排除一定环境因素和自身条件的影响，识别准确率高。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (5)

1.一种灭火器压力表状态的图像识别方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1，采集灭火器压力表的数字图像，对所述灭火器压力表的数字图像进行预处理；

步骤S2，采用霍夫变换方式和预设的压力表表盘颜色特征，从所述预处理后的数字图像中提取出压力表的表盘区域；对所述预处理后的数字图像采用霍夫变换方式，得到多个圆形区域，根据预设的表盘区间，从所述多个圆形区域中筛选出位于所述表盘区间内的圆形区域，作为初始压力表表盘圆形区域，以预设扫描半径对所述初始压力表表盘圆形区域进行圆周扫描，统计符合所述压力表表盘颜色特征的扫描点数量，如果符合所述压力表表盘颜色特征的扫描点数量大于预设阈值，则判断所述符合条件的圆形区域为压力表的表盘区域，其中，所述压力表表盘颜色特征包括红色、绿色和黄色，分别统计红色扫描点、绿色扫描点和黄色扫描点的数量，如果所述红色扫描点、绿色扫描点和黄色扫描点的数量均大于对应的预设阈值，则判断符合上述条件的圆形区域为压力表的表盘区域；

步骤S3，利用HSI颜色特征，从所述压力表的表盘区域中查找到指针当前所在位置；

步骤S4，根据所述指针当前所在位置和预设颜色判断条件，检测指针左右两侧的颜色，以判断所述压力表的当前状态，所述压力表盘包括多个颜色区域，每个所述颜色区域对应所述压力表的一种状态，当检测到所述指针左右两侧区域的颜色均相同，则判断所述指针处于对应的颜色区域中，进而判断所述压力表所处的当前状态为与该颜色区域对应的压力表状态。

2.如权利要求1所述的灭火器压力表状态的图像识别方法，其特征在于，在所述步骤S1中，对所述灭火器压力表的数字图像进行预处理，包括：对所述数字图像先后进行尺寸变换和高斯平滑处理。

3.如权利要求2所述的灭火器压力表状态的图像识别方法，其特征在于，所述数字图像进行尺寸变换，包括：对所述数字图像进行图像尺寸的减小化处理，且在尺寸减小化处理的同时，保持所述数字图像尺寸的长宽比不变；

对尺寸减小化处理后的数字图像进行高斯平滑的处理，以滤除所述数字图像中的噪声信号。

4.如权利要求1所述的灭火器压力表状态的图像识别方法，其特征在于，在所述步骤S3中，利用HSI颜色特征，以预设半径对所述压力表的表盘区域的进行扫描，当检测到符合所述指针的颜色的区域后，判断该区域为所述指针的当前所在位置。

5.如权利要求1所述的灭火器压力表状态的图像识别方法，其特征在于，当检测到所述指针左右两侧区域的颜色不同，则判断所述压力表所处的当前状态为右侧颜色区域对应的压力表状态。

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