CN111008636A - 一种指针式仪表的读取方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种指针式仪表的读取方法及系统，包括：获取指针式仪表图像，并将图像所在笛卡尔坐标系转换到极坐标系，得到第一图像；提取所述第一图像的水平边缘，并根据水平边缘查找指针相对于圆心的旋转角度；在指针角度‑仪表读数关系表中，根据指针相对于圆心的旋转角度，换算得到指针式仪表读数；实现仪表示数读取的自动化，提高了图像处理效率，缩短了图像处理时间，改善了笛卡尔坐标系中对指针倾斜处理困难的缺陷。

Description

一种指针式仪表的读取方法及系统
技术领域
本发明涉及仪表数据读取技术领域，尤其涉及一种指针式仪表的读取方法及系统。
背景技术
在日常的生活和生产中，仪表是我们常见的一种用来显示各种重要参数的工具，在工业生产领域，各式仪表也应用非常广泛。一般仪表包括两种类型：指针式和数字式。指针式仪表使用指针和刻度来指示数值。数字式仪表直接以数字显示数值。在大量生产活动中，仪表读数的读取是必不可少的一个环节；虽然数字式仪表技术的发展非常快，但是，指针式仪表结构简单、使用方便、价格便宜，在工业生产中，长期占据着十分重要的地位。
现有指针式仪表读取基本上是靠人工来完成，这不仅会带来劳力上的浪费，而且还会带来视觉上的疲劳。为了节约人力成本，通过图像识别的方法替代人工读取迅速发展起来。
对于指针式仪表，不可避免的会出现指针倾斜的情况，对于倾斜条状指针读数的表示和处理，在笛卡尔坐标系中计算是不方便的，一般处理方法相对复杂。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种指针式仪表的读取方法及系统，提高了图像处理效率，缩短了图像处理时间，改善了笛卡尔坐标系中对指针倾斜处理困难的缺陷。
本发明提出的一种指针式仪表的读取方法，包括：
获取指针式仪表图像，并将图像所在笛卡尔坐标系转换到极坐标系，得到第一图像；
提取所述第一图像的水平边缘，并根据水平边缘查找指针相对于圆心的旋转角度；
在指针角度-仪表读数关系表中，根据指针相对于圆心的旋转角度，换算得到指针式仪表读数。
进一步地，所述根据水平边缘查找指针相对于圆心的旋转角度，包括：
获取所述第一图像仪表指针在水平方向的投影值；
从所获取的所有投影值中选择最大投影值，所述最大投影值对应的位置为待计算位置，所述最大投影值在极坐标系中对应的坐标为仪表指针相对于圆心的旋转角度。
进一步地，所述获取的指针式仪表图像为笛卡尔坐标系下的图像。
进一步地，采用Sobel算子对所述第一数据图像的水平边缘进行提取。
进一步地，在获取指针式仪表图像之前，对仪表进行预处理，预处理过程包括：
获取指针式仪表图像，根据指针式仪表图像获知仪表指针的转轴和仪表的圆心位置；
判断图像采集设备的位置是否固定；
若是，则制作指针角度-仪表读数关系表；
若否，则判断仪表指针的转轴和仪表的圆心是否重合，若未重合，则放弃使用该仪表，若重合，则制作指针角度-仪表读数关系表。
一种指针式仪表的读取系统，包括第一获取模块、极坐标转换模块、第二获取模块和换算读数模块；
第一获取模块用于获取指针式仪表图像像，进入坐标转换模块；
坐标转换模块用于将指针式仪表图像所在坐标系转换到极坐标系，得到第一图像；
第二获取模块用于提取所述第一图像的水平边缘，并根据水平边缘查找指针相对于圆心的旋转角度，进入换算读数模块；
换算读数模块用于在指针角度-仪表读数关系表中，根据指针相对于圆心的旋转角度，换算得到指针式仪表读数。
换算读数模块包括投影获取单元和位置确认单元；
投影获取单元用于获取所述第一图像仪表指针在水平方向的投影值；
位置确认单元用于从所获取的所有投影值中选择最大投影值，所述最大投影值对应的位置为待计算位置，所述最大投影值在极坐标系中对应的坐标为仪表指针相对于圆心的旋转角度。
进一步地，还包括预处理模块，预处理模块包括第三获取单元、第一判断单元、第二判断单元和制作单元；
第三获取单元用于获取仪表的指针式仪表图像，根据指针式仪表图像获知仪表指针的转轴和仪表的圆心位置；
第一判断单元用于判断图像采集设备的位置是否固定，摄像机用于获取仪表图像的图像，若是，则进入制作单元，若否，则进入第二判断单元；
第二判断单元用于判断仪表指针的转轴和仪表的圆心是否重合，若是，则进入制作单元，若否，则放弃使用该仪表；
制作单元用于制作指针角度-仪表读数关系表。
一种计算机可读储存介质，所述计算机可读存储介质上存储有若干获取分类程序，所述若干获取分类程序用于被处理器调用并执行如下步骤：
获取指针式仪表图像，并将图像所在笛卡尔坐标系转换到极坐标系，得到第一图像；
提取所述第一图像的水平边缘，并根据水平边缘查找指针相对于圆心的旋转角度；
在指针角度-仪表读数关系表中，根据指针相对于圆心的旋转角度，换算得到指针式仪表读数。
本发明提供的一种指针式仪表的读取方法及系统的优点在于：本发明提供了一种指针式仪表的读取方法及系统，通过对仪表图像的一系列图像处理和计算，较为准确的读取仪表的示数，实现仪表示数读取的自动化；通过极坐标变换简化了对指针式仪表图像的后续识别的过程，提高了图像处理效率，缩短了图像处理时间；通过直接获取坐标值的形式获取仪表指针读数，提高了指针读数的便携性和快捷性；在获取仪表指针图像之前，首先对图像采集设备和仪表指针进行匹配校准，使得图像采集设备能准确获取仪表表盘中的图像信息，以便对仪表指针图像进行有效获取，提高了仪表指针图像获取的准确度。
附图说明
图1为本发明一种指针式仪表的读取方法及系统的结构示意图；
图2为一实施例示意图；
图3为仪表预处理的步骤流程图；
图4为仪表表盘的典型图像；
图5是图3的典型图像极坐标变换之后的图像；
图6为本发明一种指针式仪表的读取系统的流程示意图；
其中，1-第一获取模块，2-极坐标转换模块，3-第二获取模块，4-换算读数模块，5-预处理模块，41-投影获取单元，42-位置确认单元，51-第三获取单元，52-第一判断单元，53-第二判断单元，54-制作单元。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明,在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
参照图1和2所示，本发明提出的一种指针式仪表的读取方法，包括步骤S100至S300：
S100：获取指针式仪表图像，并将图像所在笛卡尔坐标系转换到极坐标系，得到第一图像；作为一实施例，如图4所示，为一指针式仪表图像，如图5所示，为指针式仪表图像极坐标转换后得到的第一图像。
在获取待读取仪表指针图像之前，首先判断仪表表盘的圆心和半径是否已知，如果未知，则采用hough变换检测出表盘的圆心和半径，然后进行极坐标变换，如已知，则可以直接进行极坐标变换。
在所述获取待读取仪表指针图像之后，对图像中任一点坐标进行极坐标转换之前，包括：
建立二维坐标系，该二维坐标系采用笛卡尔坐标系，并将所述获取的待读取仪表指针图像的中心与所述二维坐标系的原点对齐，得到图像中仪表盘圆心的坐标(x0,y0)和任意一点的坐标(x,y)。
所述极坐标转换公式如下：
Figure BDA0002234426170000051
θ＝atan2((y-y0)/(x-x0))
其中，x0是仪表盘圆心的横坐标，y0是仪表盘圆心的纵坐标，x、y是所述图像中任意一点的坐标，ρ是极坐标变换后仪表指针的半径，在变换图中作为横坐标，θ是极坐标变换后仪表指针相对圆心的旋转角度，在变换图中作为纵坐标。
S200：提取所述第一图像的水平边缘，并根据水平边缘查找指针相对于圆心的旋转角度；
采用Sobel算子对所述第一数据图像的水平边缘进行提取，然后对第一数据图像进行水平方向投影。
S300：在指针角度-仪表读数关系表中，根据指针相对于圆心的旋转角度，换算得到指针式仪表读数。
根据步骤S100至S300，对获得的图像进行极坐标转换，在极坐标系中，以仪表指针的半径作为横坐标，以仪表指针相对圆心的旋转角度作为纵坐标，可以直接通过获取最大投影值在极坐标中的纵坐标，得到指针的旋转角度，因此一方面通过极坐标变换简化了对图像的后续识别的过程，提高了图像处理效率，缩短了图像处理时间，改善了笛卡尔坐标系中对指针倾斜处理困难的缺陷，另一方面通过直接获取坐标值的形式获取仪表指针读数，提高了指针读数的便携性和快捷性。
步骤S200中根据水平边缘查找指针相对于圆心的旋转角度，包括步骤S201至S202：
S201：获取所述第一图像仪表指针在水平方向的投影值；
针对第一图像仪表指针的投影，当极坐标的坐标系的横坐标为半径的径长时，则获取第一图像仪表指针在水平方向的投影，当极坐标的坐标系的横坐标为旋转角度时，则获取第一图像仪表指针在垂直方向的投影。本文以当极坐标的坐标系的横坐标为半径的径长时，进行描述。
S202：从所获取的所有投影值中选择最大投影值，所述最大投影值对应的位置为待计算位置，所述最大投影值在极坐标系中对应的坐标为仪表指针相对于圆心的旋转角度。
根据极坐标转换公式可知，极坐标系的纵坐标为仪表指针相对圆心的旋转角度，也就是说，在极坐标中，以仪表指针未工作时的指针位置作为指针基准，当指针在工作时，指针将偏离指针基准运动，其此时指针的在极坐标中的纵坐标即为指针运动的旋转角度。
如图3所示，在步骤S100：在获取指针式仪表图像之前，对仪表进行预处理，预处理过程包括步骤S101至S104：
S101：获取指针式仪表图像，根据指针式仪表图像获知仪表指针的转轴和仪表的圆心位置；如图4所示。
S102：判断图像采集设备的位置是否固定；
若是，则进入步骤S103；
S103：制作指针角度-仪表读数关系表；
若否，则进入步骤S104；
S104：判断仪表指针的转轴和仪表的圆心是否重合，若未重合，则放弃使用该仪表，若重合，则进入步骤S103。
指针角度-仪表读数关系表是两个字段的列表，第一列是指针角度，第二列是仪表读数。事先根据仪表的实际情况制作好。后续处理过程可以得到指针角度，然后查这个表，找到最相近的指针角度，对应的仪表读数就是最终指针式仪表的读数。
根据步骤S101至S104，调整图像采集设备与仪表指针之间的位置关系，使得摄像机能准确获取仪表表盘中的图像信息，以便对仪表指针图像进行有效获取，提高了仪表图像获取的准确度。图像采集设备用于获取仪表图像的图像，可以采用云台摄像机。指针角度-仪表读数关系表即为仪表指针的旋转角度和仪表刻度之间的对应关系表。
如图6所示，一种指针式仪表的读取系统，包括第一获取模块1、极坐标转换模块2、第二获取模块3和和换算读数模块4；
第一获取模块1用于获取指针式仪表图像，进入坐标转换模块2；
坐标转换模块2用于将指针式仪表图像所在坐标系转换到极坐标系，得到第一图像；
第二获取模块3用于提取所述第一图像的水平边缘，并根据水平边缘查找指针相对于圆心的旋转角度，进入换算读数模块4；
换算读数模块4用于在指针角度-仪表读数关系表中，根据指针相对于圆心的旋转角度，换算得到指针式仪表读数。
进一步地，换算读数模块4包括投影获取单元41和位置确认单元42；
投影获取单元41用于获取所述第一图像仪表指针在水平方向的投影值；
位置确认单元42用于从所获取的所有投影值中选择最大投影值，所述最大投影值对应的位置为待计算位置，所述最大投影值在极坐标系中对应的坐标为仪表指针相对于圆心的旋转角度。
进一步地，读取系统还包括预处理模块5，预处理模块5包括第三获取单元51、第一判断单元52、第二判断单元53和制作单元54；
第三获取单元51用于指针式仪表图像，根据指针式仪表图像获知仪表指针的转轴和仪表的圆心位置；
第一判断单元52用于判断图像采集设备的是否固定，若是，则进入制作单元54，若否，则进入第二判断单元53；
第二判断单元53用于判断仪表指针的转轴和仪表的圆心是否重合，若是，则进入制作单元54，若否，则放弃使用该仪表；
制作单元54用于制作指针角度-仪表读数关系表。
一种计算机可读储存介质，所述计算机可读存储介质上存储有若干获取分类程序，所述若干获取分类程序用于被处理器调用并执行如下步骤：
获取指针式仪表图像，并将图像所在笛卡尔坐标系转换到极坐标系，得到第一图像；
提取所述第一图像的水平边缘，并根据水平边缘查找指针相对于圆心的旋转角度；
在指针角度-仪表读数关系表中，根据指针相对于圆心的旋转角度，换算得到指针式仪表读数。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种指针式仪表的读取方法，其特征在于，包括：
获取指针式仪表图像，并将图像所在笛卡尔坐标系转换到极坐标系，得到第一图像；
提取所述第一图像的水平边缘，并根据水平边缘查找指针相对于圆心的旋转角度；
在指针角度-仪表读数关系表中，根据指针相对于圆心的旋转角度，换算得到指针式仪表读数。
2.根据权利要求1所述的指针式仪表的读取方法，其特征在于，所述根据水平边缘查找指针相对于圆心的旋转角度，包括：
获取所述第一图像仪表指针在水平方向的投影值；
从所获取的所有投影值中选择最大投影值，所述最大投影值对应的位置为待计算位置，所述最大投影值在极坐标系中对应的坐标为仪表指针相对于圆心的旋转角度。
3.根据权利要求1所述的指针式仪表的读取方法，其特征在于，所述获取的指针式仪表图像为笛卡尔坐标系下的图像。
4.根据权利要求1所述的指针式仪表的读取方法，其特征在于，采用Sobel算子对所述第一数据图像的水平边缘进行提取。
5.根据权利要求1所述的指针式仪表的读取方法，其特征在于，在获取指针式仪表图像之前，对仪表进行预处理，预处理过程包括：
获取指针式仪表图像，根据指针式仪表图像获知仪表指针的转轴和仪表的圆心位置；
判断图像采集设备的位置是否固定；
若是，则制作指针角度-仪表读数关系表；
若否，则判断仪表指针的转轴和仪表的圆心是否重合，若未重合，则放弃使用该仪表，若重合，则制作指针角度-仪表读数关系表。
6.一种指针式仪表的读取系统，其特征在于，包括第一获取模块(1)、极坐标转换模块(2)、第二获取模块(3)和换算读数模块(4)；
第一获取模块(1)用于获取指针式仪表图像，进入坐标转换模块(2)；
坐标转换模块(2)用于将指针式仪表图像所在坐标系转换到极坐标系，得到第一图像；
第二获取模块(3)用于提取所述第一图像的水平边缘，并根据水平边缘查找指针相对于圆心的旋转角度，进入换算读数模块(4)；
换算读数模块(4)用于在指针角度-仪表读数关系表中，根据指针相对于圆心的旋转角度，换算得到指针式仪表读数。
7.根据权利要求6所述的指针式仪表的读取系统，其特征在于，换算读数模块(4)包括投影获取单元(41)和位置确认单元(42)；
投影获取单元(41)用于获取所述第一图像仪表指针在水平方向的投影值；
位置确认单元(42)用于从所获取的所有投影值中选择最大投影值，所述最大投影值对应的位置为待计算位置，所述最大投影值在极坐标系中对应的坐标为仪表指针相对于圆心的旋转角度。
8.根据权利要求6所述的指针式仪表的读取系统，其特征在于，还包括预处理模块(5)，预处理模块(5)包括第三获取单元(51)、第一判断单元(52)、第二判断单元(53)和制作单元(54)；
第三获取单元(51)用于获取指针式仪表图像，根据指针式仪表图像获知仪表指针的转轴和仪表的圆心位置；
第一判断单元(52)用于判断图像采集设备的位置是否固定，若是，则进入制作单元(54)，若否，则进入第二判断单元(53)；
第二判断单元(53)用于判断仪表指针的转轴和仪表的圆心是否重合，若是，则进入制作单元(54)，若否，则放弃使用该仪表；
制作单元(54)用于制作指针角度-仪表读数关系表。
9.一种计算机可读储存介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有若干获取分类程序，所述若干获取分类程序用于被处理器调用并执行如下步骤：
获取指针式仪表图像，并将图像所在笛卡尔坐标系转换到极坐标系，得到第一图像；
提取所述第一图像的水平边缘，并根据水平边缘查找指针相对于圆心的旋转角度；
在指针角度-仪表读数关系表中，根据指针相对于圆心的旋转角度，换算得到指针式仪表读数。
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