CN107766836A - 一种圆形偏转指针式仪表读数矫正方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆形偏转指针式仪表读数矫正方法，包括：根据标定结果进行椭圆拟合获得表盘区域，从目标图像中提取表盘区域图像，根据表盘区域图像计算拟合圆心；对表盘区域图像进行直线检测，确定检测到的指针线段的顶点位置和指针线段的角度；根据表盘圆心的位置、拟合圆心的位置和指针线段的顶点位置确定指针实际顶点位置，根据表盘圆心的位置、指针线段的顶点位置和指针实际顶点位置构成的三角形计算矫正角度，将指针线段的角度和矫正角度之和作为矫正后的指针角度；根据预设的指针角度与仪表读数的对应关系确定矫正后的指针角度对应的仪表读数。本发明用于巡检机器人对室外偏转指针式仪表读数矫正，提高指针仪表读数的正确率。

Description

一种圆形偏转指针式仪表读数矫正方法

技术领域

本发明涉及机器视觉领域，尤其涉及一种圆形偏转指针式仪表读数矫正方法。

背景技术

在本领域中，申请号为201710183209.X的中国发明专利公开了一种变电站巡检机器人的指针式仪表读数识别方法，包括步骤：利用机器人在待识别仪表的预置停车进行拍照，对仪表位置进行粗定位，然后对对该区域进行边缘检测，再利用快速Hough变换进行圆形检测确定表盘的位置，并提取出表盘区域进行多角度的Gabor滤波来计算指针的方向以此算出仪表读数。

申请号为201410578129.0的中国发明专利公开了一种指针式仪表读数自动识别的图像处理方法，通过减影法获取指针，但减影法的要求苛刻。

申请号为201611055991.9的中国发明专利公开了一种指针式仪表读数自动识别方法。该方法涉及：采集并标定仪表模板，将模板图、模板图中仪表最大最小量程、单位，以及模板仪表指针当前位置读数，保存在模板库中；查找模板图中仪表的最大、最小刻度线、指针直线，将最大最小刻度线的角度、仪表的圆心位置保存在模板库中，将待识别仪表图校正为正视角图等操作。

目前解决方案主要存在以下几方面问题：

1.很多方案中使用读数的基础是基于图像的正视图，但是在变电站中，机器人巡检时拍摄的指针式仪表会议一定倾斜角度，不能够得到正视图。

2.图像矫正可以对倾斜图像进行一定的矫正，处理流程复杂。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种圆形偏转指针式仪表读数矫正方法。

本发明提供的圆形偏转指针式仪表读数矫正方法，包括：

在目标图像中手动标定表盘区域和表盘圆心；

根据标定结果进行椭圆拟合获得表盘区域，从目标图像中提取表盘区域图像，根据所述表盘区域图像计算拟合圆心；

对所述表盘区域图像进行直线检测，确定检测到的指针线段的顶点位置和指针线段的角度；

根据所述表盘圆心的位置、所述拟合圆心的位置和所述指针线段的顶点位置确定指针实际顶点位置，根据所述表盘圆心的位置、所述指针线段的顶点位置和所述指针实际顶点位置构成的三角形计算矫正角度，将所述指针线段的角度和矫正角度之和作为矫正后的指针角度；

根据预设的指针角度与仪表读数的对应关系确定矫正后的指针角度对应的仪表读数。

进一步地，上述方法还具有以下特点：

所述对所述表盘区域图像进行直线检测包括：对所述表盘区域图像进行滤波去噪操作、二值化操作、形态闭操作和直线检测操作。

进一步地，上述方法还具有以下特点：

所述在目标图像中手动标定表盘区域包括：手工标定分布在表盘边缘上的均匀分布的多个点。

进一步地，上述方法还具有以下特点：

所述直线检测操作为Hough直线检测操作。

进一步地，上述方法还具有以下特点：

所述指针角度与仪表读数的对应关系中指针角度的步长小于0.5度。

本发明用于巡检机器人对室外偏转指针式仪表读数矫正，提高指针仪表读数的正确率，提高巡检机器人的识别能力，扩大巡检机器人的应用范围。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是实施例中圆形偏转指针式仪表读数矫正方法的流程图。

图2是实施例中在目标图像中手动标定表盘区域和椭圆拟合的示意图；

图3是实施例中获得的表盘区域示意图；

图4是实施例中对表盘区域图像进行滤波去噪操作、二值化操作后的处理图；

图5是实施例中进行形态闭操作后的处理图；

图6是读数矫正原理的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

图1是实施例中圆形偏转指针式仪表读数矫正方法的流程图，本方法包括以下步骤：

步骤1，在目标图像中手动标定表盘区域和表盘圆心；

步骤2，根据标定结果进行椭圆拟合获得表盘区域，从目标图像中提取表盘区域图像，根据表盘区域图像计算拟合圆心；

步骤3，对表盘区域图像进行直线检测，确定检测到的指针线段的顶点位置和指针线段的角度；

步骤4，根据表盘圆心的位置、拟合圆心的位置和指针线段的顶点位置确定指针实际顶点位置，根据表盘圆心的位置、指针线段的顶点位置和指针实际顶点位置构成的三角形计算矫正角度，将指针线段的角度和矫正角度之和作为矫正后的指针角度；

步骤5，根据预设的指针角度与仪表读数的对应关系确定矫正后的指针角度对应的仪表读数。

其中，

步骤1中，在目标图像中手动标定表盘区域包括：手工标定分布在表盘边缘上的均匀分布的多个点。例如，如图2所示，在表盘边缘上标定均匀分布的5个点，根据标定结果进行椭圆拟合。图3所示是获得的表盘区域。

步骤3中，对表盘区域图像进行直线检测包括：对表盘区域图像进行滤波去噪操作、二值化操作、形态闭操作和Hough直线检测操作。如图4所示是对表盘区域图像进行滤波去噪操作、二值化操作后的处理图。如图5所示是进行形态闭操作后的处理图。

如图6所示，检测到的指针线段的顶点位置为Pp，Op是手动标定的表盘圆心，Oi是拟合圆心，根据平行四边形原理以及Pp，Op，Oi可以确定指针实际顶点即Pi。根据表盘圆心的位置Op、指针线段的顶点位置Pp和指针实际顶点位置Pi构成的三角形计算矫正角度γ。图中角β为Hough直线检测得到的指针线段的角度，将β和γ的和作为矫正后的指针角度即α的角度。

步骤5中根据预设的指针角度与仪表读数的对应关系确定矫正后的指针角度α对应的仪表读数作为最终读数。指针角度与仪表读数的对应关系是预先设置好的，角度的步长可以设置的很小，例如步长为小于0.5度的值。

例如，在实际使用中，指针仪表Hough直线检测得到仪表读数为0.305，矫正后仪表读数0.3，实际仪表读数0.301，误差很小。

本发明通过图像预处理操作，使用五点法提取圆形指针式仪表的表盘区域，并计算表针和表盘的距离。利用获得的距离实现了指针读数的矫正。实现结果证明，该算法成功解决了变电站设备图像由于倾斜造成算法识别率降低的现象，正确率达95.4％。提高了变电站巡检机器人设备识别性能，可应用到产品中。另一方面，算法建模简单、运行速度快、鲁棒性强等特点，算法的成功实施推进了变电站无人值守进程。

本发明通过图像预处理操作，使用五点法提取圆形指针式仪表的表盘区域，并计算表针和表盘的距离。利用获得的距离实现了指针读数的矫正。实现结果证明，该算法成功解决了变电站设备图像由于倾斜造成算法识别率降低的现象，正确率达95.4％。提高了变电站巡检机器人设备识别性能，可应用到产品中。另一方面，算法建模简单、运行速度快、鲁棒性强等特点，算法的成功实施推进了变电站无人值守进程。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。

本领域普通技术人员可以理解上述方法中的全部或部分步骤可通过程序来指令相关硬件完成，程序可以存储于计算机可读存储介质中，如只读存储器、磁盘或光盘等。可选地，上述实施例的全部或部分步骤也可以使用一个或多个集成电路来实现，相应地，上述实施例中的各模块/单元可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。本发明不限制于任何特定形式的硬件和软件的结合。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种圆形偏转指针式仪表读数矫正方法，其特征在于，包括：

在目标图像中手动标定表盘区域和表盘圆心；

根据标定结果进行椭圆拟合获得表盘区域，从目标图像中提取表盘区域图像，根据所述表盘区域图像计算拟合圆心；

对所述表盘区域图像进行直线检测，确定检测到的指针线段的顶点位置和指针线段的角度；

根据所述表盘圆心的位置、所述拟合圆心的位置和所述指针线段的顶点位置确定指针实际顶点位置，根据所述表盘圆心的位置、所述指针线段的顶点位置和所述指针实际顶点位置构成的三角形计算矫正角度，将所述指针线段的角度和矫正角度之和作为矫正后的指针角度；

根据预设的指针角度与仪表读数的对应关系确定矫正后的指针角度对应的仪表读数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述对所述表盘区域图像进行直线检测包括：对所述表盘区域图像进行滤波去噪操作、二值化操作、形态闭操作和直线检测操作。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述在目标图像中手动标定表盘区域包括：手工标定分布在表盘边缘上的均匀分布的多个点。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述直线检测操作为Hough直线检测操作。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述指针角度与仪表读数的对应关系中指针角度的步长小于0.5度。