CN108960226B - 一种指针仪类表示值读数方法及装置 - Google Patents

一种指针仪类表示值读数方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种指针仪类表示值读数方法及装置，其中，该方法包括：获取目标指针仪的标准图像，在标准图像上构建一条沿目标指针仪的刻度设置的一维曲线，得到修正后的标准图像；获取目标指针仪的待测图像，将待测图像与修正后的标准图像进行对齐，将一维曲线对应设置于待测图像上；提取待测图像上与一维曲线对应的区域的灰度值，根据灰度值的差异确定指针所在区域，并根据指针所在区域计算读数结果。本发明提出基于模板图像中一维测量曲线进行映射的指针仪表示值读数方法，在移动机器人采集目标仪表得到一定放大倍率、成像清晰的图像后，能够实现对该图像进行精准读数。

Description

一种指针仪类表示值读数方法及装置
技术领域
本发明涉及仪表读数技术领域，尤其涉及一种指针仪类表示值读数方法及装置。
背景技术
目前在电力系统的各类高压变电站中存在大量的非智能电气仪表，利用巡检机器人代替人工对变电站仪表设备进行巡检，可以提高安全性，提高检测效率和可靠性，因此基于移动机器人视觉的仪表自动巡检成为近年来的研究热点。
移动机器人视觉自动检测指针类仪表的读数，大型变电站的指针仪表存在悬挂高度较高或不能就近拍照，只能远距离拍照的仪表，也存在可以近距离拍照的仪表，这样就需要成像镜头需要具有大变倍调焦功能。同时，为了精确检测指针读数，需要拍摄图像倍率较大的图像，但是倍率大则视场范围小，另外需要图像清晰度高才能准确检测指针，这进一步增加了移动机器人视觉自动检测指针类仪表读数的难度。
因此，提供一种能够对移动机器人对仪表采集的图像进行准确读数的方法及装置成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种指针仪类表示值读数方法及装置，能够对移动机器人对仪表采集的图像进行准确读数。
根据本发明的一个方面，提供一种指针仪类表示值读数方法，包括：
获取目标指针仪的标准图像，在所述标准图像上构建一条沿所述目标指针仪的刻度设置的一维曲线，得到修正后的所述标准图像；
获取目标指针仪的待测图像，将所述待测图像与修正后的所述标准图像进行对齐，将所述一维曲线对应设置于所述待测图像上；
提取所述待测图像上与所述一维曲线对应的区域的灰度值，根据灰度值的差异确定指针所在区域，并根据所述指针所在区域计算读数结果。
优选地，所述一维曲线为以所述目标指针仪的指针旋转中心为圆心且位于所述刻度与所述指针旋转中心之间的弧形曲线。
优选地，所述将所述待测图像与修正后的所述标准图像进行对齐，将所述一维曲线对应设置于所述待测图像上具体为：
提取所述待测图像的图像特征与修正后的所述标准图像的图像特征，在所述待测图像的图像特征与修正后的所述标准图像的图像特征匹配成功后，计算所述待测图像的单应矩阵与修正后的所述标准图像的单应矩阵，通过两个单应矩阵计算所述一维曲线在所述待测图像上的位置，并将所述一维曲线对应设置于所述待测图像上。
优选地，所述图像特征为SIFT特征。
优选地，所述提取所述待测图像上与所述一维曲线对应的区域的灰度值，根据灰度值的差异确定指针所在区域具体为：
将所述一维曲线平均分为若干段，在所述待测图像上，确定每一段曲线与所述指针旋转中心构成的扇形区域，计算每一个扇形区域的灰度值累加和，再计算所有灰度值累加和的平均值，将与所述平均值相差最大的灰度值累加和对应的扇形区域确定为指针所在区域。
优选地，所述根据所述指针所在区域计算读数结果具体为：
在所述指针所在区域内，根据所述指针左侧最近的刻度线对应的读数、所述指针及所述指针左侧最近的刻度线之间的角度、所述目标指针仪相邻两条刻度线之间的角度、所述目标指针仪相邻两条刻度线之间的读数差计算读数结果。
优选地，本发明提供的一种指针仪类表示值读数方法还包括：
判断修正后的所述标准图像的灰度值是否满足预设条件，若不满足，则重新在所述标准图像上构建所述一维曲线，直至修正后的所述标准图像的灰度值满足预设条件。
根据本发明的另一方面，提供一种指针仪类表示值读数装置，包括：
构建模块，用于获取目标指针仪的标准图像，在所述标准图像上构建一条沿所述目标指针仪的刻度设置的一维曲线，得到修正后的所述标准图像；
对齐模块，用于获取目标指针仪的待测图像，将所述待测图像与修正后的所述标准图像进行对齐，将所述一维曲线对应设置于所述待测图像上；
确定模块，用于提取所述待测图像上与所述一维曲线对应的区域的灰度值，根据灰度值的差异确定指针所在区域，并根据所述指针所在区域计算读数结果。
根据本发明的另一方面，提供一种指针仪类表示值读数装置，包括：存储器，以及耦接至所述存储器的处理器；
所述处理器被配置为基于存储在所述存储器设备中的指令，执行如以上所述的指针仪类表示值读数方法。
根据本发明的另一方面，提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现以上所述的指针仪类表示值读数方法。
从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：
本发明提供了一种指针仪类表示值读数方法及装置，其中，该方法包括：获取目标指针仪的标准图像，在标准图像上构建一条沿目标指针仪的刻度设置的一维曲线，得到修正后的标准图像；获取目标指针仪的待测图像，将待测图像与修正后的标准图像进行对齐，将一维曲线对应设置于待测图像上；提取待测图像上与一维曲线对应的区域的灰度值，根据灰度值的差异确定指针所在区域，并根据指针所在区域计算读数结果。本发明提出基于模板图像中一维测量曲线进行映射的指针仪表示值读数方法，在移动机器人采集目标仪表得到一定放大倍率、成像清晰的图像后，能够实现对该图像进行精准读数。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例提供的一种指针仪类表示值读数方法的一个实施例的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种指针仪类表示值读数方法的另一个实施例的流程示意图；
图3为一维曲线的示意图；
图4为一维曲线对应的图像区域的灰度值曲线的示意图；
图5为计算读数的示例图；
图6为本发明实施例提供的一种指针仪类表示值读数装置的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种指针仪类表示值读数方法及装置，能够对移动机器人对仪表采集的图像进行准确读数。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。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它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供的一种指针仪类表示值读数方法的一个实施例，包括：
101、获取目标指针仪的标准图像，在标准图像上构建一条沿目标指针仪的刻度设置的一维曲线，得到修正后的标准图像；
102、获取目标指针仪的待测图像，将待测图像与修正后的标准图像进行对齐，将一维曲线对应设置于待测图像上；
103、提取待测图像上与一维曲线对应的区域的灰度值，根据灰度值的差异确定指针所在区域，并根据指针所在区域计算读数结果。
本发明提供了一种指针仪类表示值读数方法，包括：获取目标指针仪的标准图像，在标准图像上构建一条沿目标指针仪的刻度设置的一维曲线，得到修正后的标准图像；获取目标指针仪的待测图像，将待测图像与修正后的标准图像进行对齐，将一维曲线对应设置于待测图像上；提取待测图像上与一维曲线对应的区域的灰度值，根据灰度值的差异确定指针所在区域，并根据指针所在区域计算读数结果。本发明提出基于模板图像中一维测量曲线进行映射的指针仪表示值读数方法，在移动机器人采集目标仪表得到一定放大倍率、成像清晰的图像后，能够实现对该图像进行精准读数。
以上为一种指针仪类表示值读数方法的一个实施例，为进行更具体的说明，下面提供一种指针仪类表示值读数方法的另一个实施例，请参阅图2，本发明提供的一种指针仪类表示值读数方法的另一个实施例，包括：
201、获取目标指针仪的标准图像，在标准图像上构建一条沿目标指针仪的刻度设置的一维曲线，得到修正后的标准图像；
在本实施例中，移动机器人可以对变电站中的指针仪进行图像采集，由于指针仪的种类繁多，若针对某一种指针仪进行读数，可以先获取该类指针仪的标准图像，可以理解的是，该标准图像的要求为正面、放大倍率合适及表盘刻度尺和指针成像清晰的图像。
确定标注图像后，可在该图像上构建一条沿目标指针仪的刻度设置的一维曲线，得到修正后的标准图像。具体的，该一维曲线可以为以目标指针仪的指针旋转中心为圆心且位于刻度与指针旋转中心之间的弧形曲线，由于该曲线位于刻度与指针旋转中心之间，因此其半径需提前设置，如图3中的白线所示，通常半径的设置要求为：一维曲线能够穿过指针及指针两侧一定数量的表盘刻度线即为合适的半径。
202、判断修正后的标准图像的灰度值是否满足预设条件，若不满足，则重新在标准图像上构建一维曲线，直至修正后的标准图像的灰度值满足预设条件；
得到修真后的标准图像后，则可提取该图像的灰度值，得到该图像灰度值沿一维曲线长度方向的灰度值曲线，通过判断该曲线的起伏程度是否满足预设要求，若满足，则可进入下一步，若不满足，即有可能一维曲线的半径、位置等构建出现误差，则需重新在标准图像上构建一维曲线直至修正后的标准图像满足要求，如图4所示，即修正后的标准图像的灰度值曲线有明显波峰或低谷，即代表着的刻度值和指标得以凸显。
203、获取目标指针仪的待测图像，提取待测图像的图像特征与修正后的标准图像的图像特征，在待测图像的图像特征与修正后的标准图像的图像特征匹配成功后，计算待测图像的单应矩阵与修正后的标准图像的单应矩阵，通过两个单应矩阵计算一维曲线在待测图像上的位置，并将一维曲线对应设置于待测图像上；
在本实施例中，图像特征为SIFT特征。需要说明的是，对待测图像和标准图像，二者的表盘区域部分进行SIFT特征提取，获得特征集合，再将两个特征集合进行匹配，匹配成功后，再计算二个图像各自的单应矩阵，通过两个单应矩阵进行计算可以将标准图像上的一维曲线映射至待测图像的对应位置上，由于在步骤202中已将一维曲线在标准曲线上的位置上进行标定(即通过判断修正后的标准图像的灰度值是否满足要求)，再将标准图像上的一维曲线映射至待测图像上后，修正后的待测图像通常也满足灰度值要求，若因为其他原因出现误差导致无法满足灰度值要求，则进行重新映射直至满足要求。
204、将一维曲线平均分为若干段，在待测图像上，确定每一段曲线与指针旋转中心构成的扇形区域，计算每一个扇形区域的灰度值累加和，再计算所有灰度值累加和的平均值，将与平均值相差最大的灰度值累加和对应的扇形区域确定为指针所在区域；
将一维曲线对应设置在待测图像上后，将一维曲线平均分为若干段，在待测图像上，确定每一段曲线与指针旋转中心构成的扇形区域，计算每一个扇形区域的灰度值累加和，再计算所有灰度值累加和的平均值，在所有灰度值累加和中，选出与平均值差距最大的值，该值对应的扇形区域即为指针所在区域。
205、在指针所在区域内，根据指针左侧最近的刻度线对应的读数、指针及指针左侧最近的刻度线之间的角度、目标指针仪相邻两条刻度线之间的角度、目标指针仪相邻两条刻度线之间的读数差计算读数结果。
读数计算的公式为：
Figure BDA0001729041060000061
式中，M为指针左侧最近的刻度线对应的读数，a为指针及指针左侧最近的刻度线之间的角度，b为目标指针仪相邻两条刻度线之间的角度，N为目标指针仪相邻两条刻度线之间的读数差。
如图5所示，指针位于β处，α1、α2为指针仪上相邻的两条刻度线，设此时α2对应的读数为K，相邻两条刻度线之间的读书差为L，则读数结果为
Figure BDA0001729041060000062
以上是对本发明提供的一种指针仪类表示值读数方法进行的详细说明，以下将对本发明提供的一种指针仪类表示值读数装置的结构和连接关系进行说明，请参阅图6，本发明提供的一种指针仪类表示值读数装置的一个实施例，包括：
构建模块601，用于获取目标指针仪的标准图像，在标准图像上构建一条沿目标指针仪的刻度设置的一维曲线，得到修正后的标准图像；
对齐模块602，用于获取目标指针仪的待测图像，将待测图像与修正后的标准图像进行对齐，将一维曲线对应设置于待测图像上；
确定模块603，用于提取待测图像上与一维曲线对应的区域的灰度值，根据灰度值的差异确定指针所在区域，并根据指针所在区域计算读数结果。
可选的，一维曲线为以目标指针仪的指针旋转中心为圆心且位于刻度与指针旋转中心之间的弧形曲线。
可选的，对齐模块602还用于获取目标指针仪的待测图像，提取待测图像的图像特征与修正后的标准图像的图像特征，在待测图像的图像特征与修正后的标准图像的图像特征匹配成功后，计算待测图像的单应矩阵与修正后的标准图像的单应矩阵，通过两个单应矩阵计算一维曲线在待测图像上的位置，并将一维曲线对应设置于待测图像上。
可选的，图像特征为SIFT特征。
可选的，确定模块603包括：
提取单元，用于提取待测图像上与一维曲线对应的区域的灰度值，根据灰度值的差异确定指针所在区域；
计算单元，用于根据指针所在区域计算读数结果；
提取单元还用于将一维曲线平均分为若干段，在待测图像上，确定每一段曲线与指针旋转中心构成的扇形区域，计算每一个扇形区域的灰度值累加和，再计算所有灰度值累加和的平均值，将与平均值相差最大的灰度值累加和对应的扇形区域确定为指针所在区域。
可选的，计算单元还用于在指针所在区域内，根据指针左侧最近的刻度线对应的读数、指针及指针左侧最近的刻度线之间的角度、目标指针仪相邻两条刻度线之间的角度、目标指针仪相邻两条刻度线之间的读数差计算读数结果。
可选的，本发明提供的一种指针仪类表示值读数装置还包括：
判断模块，用于判断修正后的标准图像的灰度值是否满足预设条件，若不满足，则重新在标准图像上构建一维曲线，直至修正后的标准图像的灰度值满足预设条件。
本发明提供的一种指针仪类表示值读数装置的另一个实施例，包括：存储器，以及耦接至所述存储器的处理器；
所述处理器被配置为基于存储在所述存储器设备中的指令，执行如以上所述的指针仪类表示值读数方法。
本发明还涉及一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现以上所述的指针仪类表示值读数方法。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种指针仪类表示值读数方法，其特征在于，包括：
获取目标指针仪的标准图像，在所述标准图像上构建一条沿所述目标指针仪的刻度设置的一维曲线，得到修正后的所述标准图像，所述一维曲线为以所述目标指针仪的指针旋转中心为圆心且位于所述刻度与所述指针旋转中心之间的弧形曲线，所述一维曲线穿过指针及指针两侧表盘刻度线中的部分表盘刻度线；
获取目标指针仪的待测图像，将所述待测图像与修正后的所述标准图像进行对齐，将所述一维曲线对应设置于所述待测图像上；
提取所述待测图像上与所述一维曲线对应的区域的灰度值，根据灰度值的差异确定指针所在区域，并根据所述指针所在区域计算读数结果。
2.根据权利要求1所述的指针仪类表示值读数方法，其特征在于，所述将所述待测图像与修正后的所述标准图像进行对齐，将所述一维曲线对应设置于所述待测图像上具体为：
提取所述待测图像的图像特征与修正后的所述标准图像的图像特征，在所述待测图像的图像特征与修正后的所述标准图像的图像特征匹配成功后，计算所述待测图像的单应矩阵与修正后的所述标准图像的单应矩阵，通过两个单应矩阵计算所述一维曲线在所述待测图像上的位置，并将所述一维曲线对应设置于所述待测图像上。
3.根据权利要求2所述的指针仪类表示值读数方法，其特征在于，所述图像特征为SIFT特征。
4.根据权利要求1所述的指针仪类表示值读数方法，其特征在于，所述提取所述待测图像上与所述一维曲线对应的区域的灰度值，根据灰度值的差异确定指针所在区域具体为：
将所述一维曲线平均分为若干段，在所述待测图像上，确定每一段曲线与所述指针旋转中心构成的扇形区域，计算每一个扇形区域的灰度值累加和，再计算所有灰度值累加和的平均值，将与所述平均值相差最大的灰度值累加和对应的扇形区域确定为指针所在区域。
5.根据权利要求4所述的指针仪类表示值读数方法，其特征在于，所述根据所述指针所在区域计算读数结果具体为：
在所述指针所在区域内，根据所述指针左侧最近的刻度线对应的读数、所述指针及所述指针左侧最近的刻度线之间的角度、所述目标指针仪相邻两条刻度线之间的角度、所述目标指针仪相邻两条刻度线之间的读数差计算读数结果。
6.根据权利要求1所述的指针仪类表示值读数方法，其特征在于，还包括：
判断修正后的所述标准图像的灰度值是否满足预设条件，若不满足，则重新在所述标准图像上构建所述一维曲线，直至修正后的所述标准图像的灰度值满足预设条件。
7.一种指针仪类表示值读数装置，其特征在于，包括：
构建模块，用于获取目标指针仪的标准图像，在所述标准图像上构建一条沿所述目标指针仪的刻度设置的一维曲线，得到修正后的所述标准图像，其中，所述一维曲线为以所述目标指针仪的指针旋转中心为圆心且位于所述刻度与所述指针旋转中心之间的弧形曲线，所述一维曲线穿过指针及指针两侧表盘刻度线中的部分表盘刻度线；
对齐模块，用于获取目标指针仪的待测图像，将所述待测图像与修正后的所述标准图像进行对齐，将所述一维曲线对应设置于所述待测图像上；
确定模块，用于提取所述待测图像上与所述一维曲线对应的区域的灰度值，根据灰度值的差异确定指针所在区域，并根据所述指针所在区域计算读数结果。
8.一种指针仪类表示值读数装置，其特征在于，包括：存储器，以及耦接至所述存储器的处理器；
所述处理器被配置为基于存储在所述存储器设备中的指令，执行如权利要求1至6任意一项所述的指针仪类表示值读数方法。
9.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至6任意一项所述的指针仪类表示值读数方法。
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