CN107918935B - 嵌入式系统的图像匹配切割装置及切割方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种嵌入式系统的图像匹配切割装置及切割方法，该装置包括处理器、电源模块、存储模块、通讯模块、图像采集模块以及输入输出模块，电源模块为整个装置供电，处理器与存储模块、通讯模块、图像采集模块以及输入输出模块双向连接；该方法包括收集参考图的图像特征、拍摄图像、图像二值化、闭运算、分割图像、匹配数字模板、获取具体信息、比较缩放比例、得到倾斜角度、计算拍摄图片数字区域坐标以及切割出所需图像等步骤。本发明克服冗余图像和安装后拍摄目标物体倾斜、位移的现象，不仅可以计算出目标物体的倾斜角度，而且能够切割出与参考图像相似的部分。

Description

嵌入式系统的图像匹配切割装置及切割方法
技术领域
本发明涉及图像匹配切割领域，具体的说，是涉及一种嵌入式系统的图像匹配切割装置及切割方法。
背景技术
在日益智能化的水、气表抄表领域，使用固定式定焦摄像装置拍摄水、气表的读数上传到抄表服务器的方法，已经越来越成熟。
由于固定式定焦摄像装置普遍通讯速率较低，图像信息量较大，因此需要对冗余的图像信息进行删减，加快传输速率。再者，装置固定式的特性，一旦在安装和使用中出现倾斜、位移的现象，将会直接影响到拍摄结果。但是，现有的摄像装置无法对拍摄到的图像进行冗余删减或自动调整等的功能，因此会导致水、气表等的度数准确度降低，甚至无法读到正确度数。
上述缺陷，值得解决。
发明内容
为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种嵌入式系统的图像匹配切割装置及切割方法，克服冗余图像和安装后拍摄目标物体倾斜、位移的现象，不仅可以计算出目标物体的倾斜角度，而且能够切割出与参考图像相似的部分。
本发明技术方案如下所述：
一方面，嵌入式系统的图像匹配切割装置，其特征在于，包括处理器、电源模块、存储模块、通讯模块、图像采集模块以及输入输出模块；
所述电源模块为整个图像匹配切割装置供电；
所述存储模块与所述处理器双向连接，其存储参考图像的特征、通讯信息；
所述通讯模块与所述处理器双向连接，所述处理器通过所述通讯模块与外部设备通讯；
所述图像采集模块与所述处理器双向连接，其负责图像收集，并将收集到的图像转换格式输送到所述处理器；
所述输入输出模块与所述处理器双向连接，所述处理器通过所述输入输出模块与外界进行人机交互；
所述处理器协调各模块的运作，从所述图像采集模块中获取摄像图像，并从所述存储模块中提取参考图像特征，查找摄像图像与参考图像的匹配部分，并且存储匹配部分的特征，传递到所述输入输出模块或者所述通讯模块完成一次业务。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述处理器包括处理器内核、DMA控制单元、浮点运算单元、加法器、RAM、IO口以及外设通讯单元，所述DMA控制单元、所述浮点运算单元、所述加法器、所述IO口以及所述外设通讯单元与所述处理器内核双向连接，所述RAM与所述处理器内核单向连接，所述DMA控制单元还与所述RAM连接；
所述处理器内核协调各个模块的运作，所述外设通讯单元与所述存储模块、所述输入输出模块连接并通讯，所述IO口控制除所述电源模块外的各个模块的供电及状态监测。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述处理器内核设置所述DMA控制单元的参数，并从所述图像采集模块中获取图像数据，获取图像数据过程中，所述DMA控制单元自动把图像数据存储到所述RAM中，所述处理器内核根据所述DMA控制单元的反馈信号，对所述RAM中的图像进行进步处理；所述处理器内核从所述存储模块中提取参考图像特征，并查找摄像图像与参考图像的匹配部分，并且存储匹配部分的特征及图像数据，传递到所述输入输出模块或所述通讯模块完成一次作业。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述电源模块为电池或外部供电，外部供电为直流稳压电源或与交流电源连接的AC转DC电路。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述存储模块为ROM、EEPROM或flash。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述通讯模块为射频或线缆通讯，包括Sub-GHz通讯、wifi通讯、zigbee通讯、Mbus通讯。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述输入输出模块为LCD触摸屏或按键。
另一方面，嵌入式系统的图像匹配切割方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)收集参考图数字区域的图像特征；
2)判断输入模块是否出发匹配切割命令；
3)使用固定式定焦摄像装置拍摄图像，获取拍摄图像；
4)图像二值化，将多阶灰度图变成两种数值的图像；
5)二值化图像进行闭运算；
6)分割图像，由于数字图像的不连续性及边缘阶跃性，选择基于边缘的分割方法，把图像划分为若干个区域；
7)匹配数字模板，定位有效数字区域；
8)从数字区域中，获取数字水平切线、数字间隔、数字尺寸；
9)比较模板与拍摄图像尺寸得到拍摄图片的缩放比例β；
10)比较水平切线，得到拍摄图片的倾斜角度θ，其中倾斜角度存在正负，倾斜角度为正代表顺时针倾斜，倾斜角度为负代表逆时针倾斜；
其中，首数字区域坐标为：(X0,Y0)
倾斜角度公式：
θ＝0°,(Yn＝Yn-1＝...＝Y1＝0)
Figure BDA0001494680020000031
11)从倾斜角度，计算出拍摄图片数字区域的坐标；
具体包括：a)计算X轴和Y轴的偏移长度：
X轴偏移长度：(Xn)'＝[(n+1)*s+L0*n]*β，
Y轴偏移长度：(Yn)'＝(Xn)'*tanθ；
b)通过下述公式计算出有效区域大小：
X轴长度：X'＝(Xn)'
Y轴长度：Y'＝H0+(Yn)'；
c)根据首数字坐标与运算出的X轴、Y轴长度相加，获得要切割部分的具体坐标值。
12)最终从原图进行切割，获得所需图像。
根据上述方案的本发明，其特征在于，所述步骤1)中，参考图数字区域的图像特征包括数字间隔s、区域宽度、数字尺寸、数字个数n以及0-9的模板，数字尺寸包括高H0和宽L0。
根据上述方案的本发明，其特征在于，在所述步骤3)中，先判断拍摄图像是否为灰度图，若为灰度图，则直接进行图像二值化处理；若不是灰度图，则先将彩色图像转换成为多阶的灰度图，再进行二值化处理。
根据上述方案的本发明，其特征在于，在所述步骤4)中，图像二值化，将多阶灰度图转换成0和1两个数值表示的图像。
根据上述方案的本发明，其特征在于，在所述步骤5)中，在进行闭运算时，先膨胀后腐蚀，填充物体内细小的空洞、连接邻近物体，去除干扰。
根据上述方案的本发明，其特征在于，还包括步骤13)：获得所需部分图像后，后续可根据需求进行再次处理，如图像校正。由于已获得倾斜角度θ，只需要对图像旋转θ，即可得到校正后的图像。
根据上述方案的本发明，其有益效果在于，本发明可以在减少人工安装、维护成本的同时，尽可能小的减少图片尺寸，删除冗余信息，加快传输速率，缓解低速通讯方式下的传输压力。另外，本发明还可以根据倾斜角度进行图像校正，同时通过比较正常情况下的图像坐标，对是否发生位移进行判断。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中处理器的结构示意图。
图3为本发明实现图像匹配切割的流程图。
图4-5为本发明切割实例的示意图。
具体实施方式
下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：
如图1所示，嵌入式系统的图像匹配切割装置，包括处理器、电源模块、存储模块、通讯模块、图像采集模块以及输入输出模块。
电源模块为整个图像匹配切割装置提供稳定运行电压，其为电池或外部供电，外部供电为直流稳压电源或与交流电源连接的AC转DC电路等。
存储模块与处理器双向连接，其存储参考图像的特征、通讯信息等相关参数，其为ROM、EEPROM、flash等存储介质。
通讯模块与处理器双向连接，处理器通过通讯模块与外部设备通讯，可以为Sub-GHz通讯、wifi、zigbee、Mbus等射频、线缆通讯方式。
图像采集模块与处理器双向连接，其负责图像收集，并将收集到的图像转换格式(RGB或者YUV等)输送到处理器。
输入输出模块与处理器双向连接，处理器通过输入输出模块与外界进行人机交互，可以为LCD触摸屏、按键等。
处理器协调各模块的运作，从图像采集模块中获取摄像图像，并从存储模块中提取参考图像特征，查找摄像图像与参考图像的匹配部分，并且存储匹配部分的特征，传递到输入输出模块或者通讯模块完成一次业务。
如图2所示，处理器包括处理器内核、DMA控制单元、浮点运算单元、加法器、RAM、IO口以及外设通讯单元，DMA控制单元、浮点运算单元、加法器、IO口以及外设通讯单元与处理器内核双向连接，RAM与处理器内核单向连接，DMA控制单元还与RAM连接；
处理器内核协调各个模块的运作，外设通讯单元与存储模块、输入输出模块连接并通讯，IO口控制除电源模块外的各个模块的供电及状态监测。
处理器内核设置DMA控制单元的参数，并从图像采集模块中获取图像数据，获取图像数据过程中，DMA控制单元自动把图像数据存储到RAM中，处理器内核根据DMA控制单元的反馈信号，对RAM中的图像进行进步处理；处理器内核从存储模块中提取参考图像特征，并查找摄像图像与参考图像的匹配部分，并且存储匹配部分的特征及图像数据，传递到输入输出模块或通讯模块完成一次作业。
如图3-5所示，一种嵌入式系统的图像匹配切割方法，具体包括步骤：
1、收集参考图数字区域的图像特征，如：参考图数字区域的图像特征包括数字间隔s、区域宽度、数字尺寸、数字个数n以及0-9的模板，其中数字尺寸包括高H0和宽L0。
2、判断输入模块是否出发匹配切割命令。
3、使用固定式定焦摄像装置拍摄图像，获取拍摄图像。
4、先判断拍摄图像是否为灰度图，若为灰度图，则直接进行图像二值化处理；若不是灰度图，则先将彩色图像转换成为多阶的灰度图，再进行二值化处理。
图像二值化过程中，将多阶灰度图变成0和1两种数值的图像。如256阶灰度图，转化成只有0和255这两个数值的图像，最终用0用0表示、255用1表示。
5、二值化图像进行闭运算，先膨胀后腐蚀，填充物体内细小的空洞、连接邻近物体，去除干扰。
6、分割图像，由于数字图像的不连续性及边缘阶跃性，可选择基于边缘的分割方法，把图像划分为若干个区域。
7、匹配0-9数字模板，定位有效数字区域。
8、从数字区域中，获取数字水平切线、数字间隔、数字尺寸。
9、比较模板与拍摄图像尺寸得到拍摄图片的缩放比例β。
10、比较水平切线，得到拍摄图片的倾斜角度θ，其中倾斜角度存在正负，倾斜角度为正代表顺时针倾斜，倾斜角度为负代表逆时针倾斜。具体的：
首数字区域坐标为：(X0,Y0)，即n＝1,时，存在X0、Y0。
倾斜角度公式：
θ＝0°,(Yn＝Yn-1＝...＝Y1＝0)
Figure BDA0001494680020000071
11、从倾斜角度，计算出拍摄图片数字区域的坐标。具体包括：
1)计算X轴和Y轴的偏移长度：
X轴偏移长度：(Xn)'＝[(n+1)*s+L0*n]*β，
Y轴偏移长度：(Yn)'＝(Xn)'*tanθ；
2)通过下述公式计算出有效区域大小：
X轴长度：X'＝(Xn)'
Y轴长度：Y'＝H0+(Yn)'；
3)根据首数字坐标与运算出的X轴、Y轴长度相加，获得要切割部分的具体坐标值。
12、根据坐标从图片中切割出需要部分的图像。
13、获得所需部分图像后，后续可根据需求进行再次处理，如图像校正。由于已获得倾斜角度θ，只需要对图像旋转θ，即可得到校正后的图像。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.嵌入式系统的图像匹配切割方法，用于仪表抄表图像处理，其特征在于，包括以下步骤：
1)收集参考图像数字区域的图像特征，参考图像数字区域的图像特征包括数字间隔s、区域宽度、数字尺寸、数字个数n以及0-9的模板，其中数字尺寸包括高H0和宽L0，n≥1；
2)判断输入模块是否出发匹配切割命令，若是，则进入下一步；
3)使用固定式定焦摄像装置拍摄图像，获取拍摄图像；
4)图像二值化，将多阶灰度图变成两种数值的图像；
5)二值化图像进行闭运算；
6)分割图像；
7)匹配0-9数字模板，定位有效数字区域；
8)从有效数字区域中，获取数字水平切线、数字间隔、数字尺寸；
9)比较参考图像数字区域的数字尺寸与拍摄图像的有效数字区域的数字尺寸，得到拍摄图片的缩放比例β；
10)比较水平切线，即比较有效数字区域内各个数字区域的坐标，得到拍摄图片的倾斜角度θ，其中倾斜角度存在正负，倾斜角度为正代表顺时针倾斜，倾斜角度为负代表逆时针倾斜；
11)从倾斜角度，计算出拍摄图片数字区域的坐标，具体包括：
A.计算X轴和Y轴的偏移长度：
X轴偏移长度：(Xn)'＝[(n+1)*s+L0*n]*β，
Y轴偏移长度：(Yn)'＝(Xn)'*tanθ；
B.通过下述公式计算出有效区域大小：
X轴长度：X'＝(Xn)'
Y轴长度：Y'＝H0+(Yn)'；
C.根据首数字坐标与运算出的X轴、Y轴长度相加，获得要切割部分的具体坐标值；
12)最终从原图进行切割，获得所需图像。
2.根据权利要求1所述的嵌入式系统的图像匹配切割方法，其特征在于，在所述步骤4)中，先判断拍摄图像是否为灰度图，若为灰度图，则直接进行图像二值化处理；若不是灰度图，则先将彩色图像转换成为多阶的灰度图，再进行二值化处理。
3.根据权利要求1所述的嵌入式系统的图像匹配切割方法，其特征在于，在所述步骤4)中，图像二值化，将多阶灰度图转换成0和1两个数值表示的图像。
4.根据权利要求1所述的嵌入式系统的图像匹配切割方法，其特征在于，还包括步骤13)：获得所需部分图像后进行图像校正：
对图像旋转θ得到校正后的图像。
5.根据权利要求1所述的嵌入式系统的图像匹配切割方法，其特征在于，实现该方法的嵌入式系统的图像匹配切割装置包括处理器、电源模块、存储模块、通讯模块、图像采集模块以及输入输出模块；
所述电源模块为整个图像匹配切割装置供电；
所述存储模块与所述处理器双向连接，其存储参考图像的特征、通讯信息；
所述通讯模块与所述处理器双向连接，所述处理器通过所述通讯模块与外部设备通讯；
所述图像采集模块与所述处理器双向连接，其负责图像收集，并将收集到的图像转换格式输送到所述处理器；
所述输入输出模块与所述处理器双向连接，所述处理器通过所述输入输出模块与外界进行人机交互；
所述处理器协调各模块的运作，处理器内核设置DMA控制单元的参数，并从所述图像采集模块中获取摄像图像，并从所述存储模块中提取参考图像特征，查找摄像图像与参考图像的匹配部分，并且存储匹配部分的特征，传递到所述输入输出模块或者所述通讯模块完成一次业务。
6.根据权利要求5所述的嵌入式系统的图像匹配切割方法，其特征在于，所述处理器包括处理器内核、DMA控制单元、浮点运算单元、加法器、RAM、IO口以及外设通讯单元，所述DMA控制单元、所述浮点运算单元、所述加法器、所述IO口以及所述外设通讯单元与所述处理器内核双向连接，所述RAM与所述处理器内核单向连接，所述DMA控制单元还与所述RAM连接；
所述处理器内核协调各个模块的运作，所述外设通讯单元与所述存储模块、所述输入输出模块连接并通讯，所述IO口控制除所述电源模块外的各个模块的供电及状态监测。
7.根据权利要求5所述的嵌入式系统的图像匹配切割方法，其特征在于，所述电源模块为电池或外部供电，外部供电为直流稳压电源或与交流电源连接的AC转DC电路。
8.根据权利要求5所述的嵌入式系统的图像匹配切割方法，其特征在于，所述存储模块为ROM、EEPROM或flash。
9.根据权利要求5所述的嵌入式系统的图像匹配切割方法，其特征在于，所述输入输出模块为LCD触摸屏或按键。
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