CN111091121A - 一种基于图像处理的椭圆表盘检测矫正的方法 - Google Patents

Abstract

发明提供一种基于图像处理的椭圆表盘检测矫正的方法。该方法包括边缘处理、霍夫变换找椭圆、对椭圆进行均值处理、将椭圆的长短轴与圆心转换为角点、将角点进行排序和透视变换等步骤。该方法解决了传统的表盘读数方法在仪表本身是倾斜的情况下难以得到良好的效果的问题。

Description

一种基于图像处理的椭圆表盘检测矫正的方法

技术领域

本发明涉及信息技术领域，特别涉及一种基于图像处理的椭圆表盘检测矫正的方法。

背景技术

霍夫变换是一种特征提取，被广泛应用在图像分析、电脑视觉以及数位影像处理。霍夫变换是用来辨别找出物件中的特征，例如：线条。它的算法流程大致如下，给定一个物件、要辨别的形状的种类，算法会在参数空间中执行投票来决定物体的形状，而这是由累加空间里的局部最大值来决定。

透视变换是指利用透视中心、像点、目标点三点共线的条件，按透视旋转定律使承影面(透视面)绕迹线(透视轴)旋转某一角度，破坏原有的投影光线束，仍能保持承影面上投影几何图形不变的变换，也称作投影映射。

指针式仪表由于结构简单、价格低廉、使用方便、防电磁干扰等优点，被广泛地应用到电力、厂矿、计量等各个行业。尤其是电力行业，指针式仪表广泛应用在电力设备运行状态监控、电力开关气体压力监测等方面，随着发电厂对设备运行故障快速判断、定位并止损的追求，以往的人工巡检、抄表、记录模式已经不能适应发电厂对于管理及生产效率的要求，于是便发展出了各种仪表示数自动识别技术。仪表示数自动读取的一般流程是，获取仪表图像、图像预处理、仪表识别、仪表示数读取。

在仪表示数读取这一步，如果仪表过于倾斜，那么会影响读数的精度。同时，一些传统的表盘读数方法在仪表本身倾斜的情况下，难以得到良好的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于图像处理的椭圆表盘检测矫正的方法，以解决现有技术中存在的问题。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于图像处理的椭圆表盘检测矫正的方法，包括以下步骤：

1)基于Canny算子对待矫正的表盘图片进行边缘处理。

2)基于霍夫变换获取图片中的候选椭圆。

3)对候选椭圆进行均值处理。

4)将椭圆的长短轴与圆心转换为角点。

5)将角点进行排序。

6)基于透视变换将椭圆形表盘转换为圆形表盘。

7)输出矫正后的结果。

本发明的技术效果是毋庸置疑的：

A.能够矫正复杂场景下的表盘，比如表盘被部分遮挡的情况下，能够较为精准的对表盘进行矫正，抗干扰性强

B.精度高、速度快,增加正确识别表盘读数的概率。

附图说明

图1为方法流程图；

图2为边缘处理示意图；

图3为基于霍夫变换所找到的椭圆示意图；

图4为均值处理后的椭圆示意图；

图5为角点坐标示意图；

图6为透视变换后输出的结果图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

参见图1，本实施例公开一种基于图像处理的椭圆表盘检测矫正的方法，包括以下步骤：

1)参见图2，基于Canny算子对原图片进行边缘处理。

2)参见图3，基于霍夫变换找椭圆。霍夫变换寻找椭圆的规则如下：

a)椭圆的长短轴不能超过图片的长宽，即l≥a,w≥b；

b)椭圆必须完整的显示在整个图片内；

c)椭圆的中心在图像的中心区域。

其中，上述l和w分别表示表盘图像长宽，a和b分别表示椭圆的长轴及短轴。

3)对找到的所有合适的椭圆进行均值处理。

对所有保留下来的椭圆用如下公式进行均值处理：

式中，x_c为最终确定的椭圆圆心的横坐标，y_c为最终确定的椭圆圆心的纵坐标，N为椭圆的数量，x_i为第i个椭圆的圆心的横坐标，y_i为第i个椭圆的圆心的纵坐标，a_c为最终确定的椭圆的长轴，b_c为最终确定的椭圆的短轴。在本实施例中，所有找到的椭圆进行均值处理后的椭圆示例图如图4所示。

4)将椭圆的长短轴与圆心转换为角点。

因为霍夫变换所得到的椭圆的长短轴以及圆心是平行于横坐标以及纵坐标的，因此假设此时得到的椭圆的偏移角度为θ，那么根据下面的公式，可以确保得到准确的四个角点，方便后续进行透视变换。

式中，Top₁是椭圆的短轴的上半部端点的横坐标，Top₂是椭圆的短轴的上半部端点的纵坐标；Right₁是椭圆长轴的右半部端点的横坐标，Right₂是椭圆长轴的右半部端点的纵坐标；Bottom₁是椭圆的短轴的下半部端点的横坐标，Bottom₂是椭圆的短轴的下半部端点的纵坐标；Left₁是椭圆的长轴的左半部端点的横坐标，Left₂是椭圆的长轴的左半部端点的纵坐标。在本实施例中，角点坐标示例图如图5所示。

5)将角点进行排序。

根据步骤4)可以得到4个角点的坐标值，分别是Top(Top₁,Top₂)，Right(Right₁,Right₂)，Boottom(Boottom₁,Boottom₂)，Left(Left₁,Left₂)。

在本实施例中，根据几何关系，对角点重新进行排序，保证后续的透视变换可以正确的将表盘矫正过来。用Top_true、Right_true、Boottom_true和Left_true，分别表示排序过后的上角点、右角点、下角点和左角点。

其中，如果45≤θ≤135，那么Top_true＝Right，Boottom_true＝Left，Right_true＝Boottom，Left_true＝Top。如果135<θ≤225，那么Top_true＝Boottom，Boottom_true＝Top，Right_true＝Left，Left_true＝Right。如果225<θ≤315，那么Top_true＝Left，Boottom_true＝Right，Right_true＝Boottom，Left_true＝Boottom。

6)基于透视变换将椭圆形表盘转换为圆形表盘。

在本实施例中，透视变换将图片投影到一个新的视平面，也称作投影映射.它是二维(X,Y)到三维(X,Y,Z)，再到另一个二维(X′,Y′)空间的映射。

式中，u，v是原始图片左边，对于得到变换后的图片坐标x，y，其中

变换矩阵

可以拆成四部分，

表示线性变换，a₃₁ a₃₂用于平移，

产生透视变换。

之后，可以得到下面三个公式：

x＝a₁₁u+a₁₂v+a₁₃

y＝a₂₁u+a₂₂v+a₂₃

z＝a₃₁u+a₃₂v+a₃₃

最后，利用上述三个公式，对之前的变换公式进行重写，可以得到:

所以，只要知道四个角点，就可以求解透视变换矩阵，然后得到变换之后的图片。

7)参见图6，输出矫正后的结果。

Claims (2)

1.一种基于图像处理的椭圆表盘检测矫正的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)基于Canny算子对待矫正的表盘图片进行边缘处理；

2)基于霍夫变换获取图片中的候选椭圆；

3)对候选椭圆进行均值处理；

4)将椭圆的长短轴与圆心转换为角点；

5)将角点进行排序；

6)基于透视变换将椭圆形表盘转换为圆形表盘；

7)输出矫正后的结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：表盘图像长度为l，表盘图像宽度为w，椭圆的长轴为a，椭圆的短轴为b；霍夫变换找椭圆的条件为：

a.l≥a，w≥b；

b.椭圆完整的显示在整个图片内；

c.椭圆的中心在图像的中心区域。

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