CN111666880A - 一种针对灭火器指针式仪表的智能识别系统 - Google Patents
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Abstract
本发明一种针对灭火器指针式仪表的智能识别系统，该系统包括如下步骤：(1)采集多幅灭火器仪表图像，制作图像集(2)进行相机标定，求得相关参数(3)取图像集中的一副图像，依据步骤2中求得的相机参数对图像进行摄像头畸变校正(4)对图像进行模型转换，将矩形盒进行尺度变换，在矩形盒范围内使用霍夫圆检测提取表盘(5)在表盘范围内依据色彩信息提取三个颜色区间，并使用三角包围盒包围(6)图像二值化后，利依据指针位置信息获得指针示数。本发明采用了矩形盒包围及自适应参数的表盘识别方法，通过缩小图像的有效范围，提高了表盘检测的效率，提高了表盘检测精度，旋转匹配的方法定位指针位置，提高了指针提取的精确性。
Description
技术领域
本发明涉及一种智能识别系统，尤其是一种针对灭火器指针式仪表的智能识别系统。
背景技术
指针式仪表作为一种传统的计量仪器，在灭火器使用中有着大量的应用，在现有的指针式仪表的识别过程中，存在着很多的干扰因素，严重了影响了指针式仪表识别的准确率，虽然目前有利用Hough直线检测方法来识别仪表，但是由于灭火器仪表指针的较为特殊，采用Hough直线检测方法容易受刻度线影响造成提取失败。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种针对灭火器指针式仪表的智能识别系统，该系统采用以表盘中心为顶点，旋转匹配的方法定位指针位置，提高了指针提取的精确性。
为了达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明是一种针对灭火器指针式仪表的智能识别系统，该识别系统通过鱼眼摄像头采集灭火器图像并制作图像集，系统自动的从图像集里获取每一幅图像进行读数识别，并将识别结果存储在数据库中，该系统工作步骤如下：
步骤1：采集灭火器仪表图像，制作图像集；
步骤2：对鱼眼摄像头进行相机标定，获取相机标定参数；
步骤3：获取图像集中的一副图像，依据步骤2所得相机标定参数对图像进行畸变校正；
步骤4：对图像进行颜色模型转换，依据色彩信息提取表盘中的黄绿颜色区间，采用矩形盒包围的方法进行仪表表盘提取，在表盘范围内对红色区域进行提取；
步骤5：对图像进行二值化处理，采用旋转匹配的方法定位指针，并获得指针读数；
步骤6：将读数存储在数据库中，重复步骤3。
本发明的进一步改进在于：在所述步骤2中，相机标定的操作过程为：制作标定板，使用摄像头从不同角度拍摄若干张模板图像，提取标定板内角点的世界坐标，采用角点识别方法提取标定板角点的图像坐标，依据坐标变换关系求出相机内、外参数及畸变参数，并对标定参数优化求精。
本发明的进一步改进在于：在所述步骤4中，将RGB转为HSV模型，完成颜色模型转换。
本发明的进一步改进在于：在所述步骤4中，仪表表盘提取的具体过程为：将提取出来的黄绿两个颜色区域，经过膨胀操作，查找最大联通区域，即为表盘内部的黄色和绿色区域，将该区域使用矩形盒包围，并将该包围盒区域放大为2倍，用以框定表盘可能存在的最大图像范围，通过将矩形盒进行resize，实现对不同尺寸图像的参数自适应，在截取区域上进行Hough圆检测，检测出来的圆形，即为仪表的准确位置。
本发明的进一步改进在于：所述步骤5中采用局部积分二值化方法对图像进行二值化处理，所述局部积分二值化方法公式表示为
式中Tn为二值化结果值；pn为点n的灰度值；s为点n周围像素区域边长；t为百分比参数；fs(n)为点n周围像素之和。
本发明的进一步改进在于：所述步骤5中采用局部积分二值化方法的算法使用了积分图，积分图Gn记录了每个像素的左侧和上方像素灰度值之和，假设点n周围像素区域的左上角顶点为(i0,j0)，右下角顶点为(i1,j1)，利用积分图可以在常数时间计算出该区域的像素之和，上述公式表示为
本发明的进一步改进在于：所述步骤5中指针示数读取的具体过程为：根据步骤4中所提取的黄绿颜色区域与表盘位置，在表盘范围内根据颜色参数提取红色颜色区域，并用三角形包围盒包围三种颜色区域，依据三角形包围盒顶角计算出三种颜色区域的总弧度，以Hough圆检测所定位圆心为顶点，生成一条直线绕圆心进行旋转，取像素重叠度峰值即为指针位置，最后依据指针偏转角度与三种颜色区域的总弧度计算出指针所处颜色区间，即为读数结果。
本发明的进一步改进在于：所述步骤6中数据库中包含灭火器仪表表盘序号、仪表图像序号、图像检测结果、检测人员、检测时间信息。
本发明的有益效果是：(1)本发明采用了矩形盒包围及自适应参数的表盘识别方法，Hough变换中圆心阈值与圆距离是表盘提取的两个重要参数，由于每张图片特点不同，不同的图片需要设置不同的参数，才能提取表盘，且检测范围过大导致检测效率降低，采用矩形盒包围的方法，通过缩小图像的有效范围，提高了表盘检测的效率，自适应参数算法，通过将矩形包围盒进行尺度变换，能对不同尺寸的图片，采用相同的参数进行识别，提高了表盘检测精度；(2)本发明采用了旋转匹配的指针提取方法，由于灭火器仪表指针较为特殊，采用Hough直线检测方法容易受刻度线影响造成提取失败，因此，采用以表盘中心为顶点，旋转匹配的方法定位指针位置，提高了指针提取的精确性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明的流程图。
图2为待识别的一副图像。
图3为表盘提取结果。
图4为指针旋转匹配结果。
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明的实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。
如图1-4所示，本发明是一种针对灭火器指针式仪表的智能识别系统，该识别系统通过鱼眼摄像头采集灭火器图像并制作图像集，系统自动的从图像集里获取每一幅图像进行读数识别，并将识别结果存储在数据库中，该系统工作步骤如下：
步骤1：采集600张胜达显示仪厂生产的MFZ/ABC4型号的干粉灭火器仪表图像，制作图像集，也就是选用具有广角视角的鱼眼镜头采集多幅灭火器仪表图像，制作图像集；
步骤2：对鱼眼摄像头进行相机标定，获取相机标定参数；
步骤3：如图2所示，获取图像集中的一副图像，依据步骤2所得相机标定参数对图像进行畸变校正，消除由镜头与表盘表面不平行引起的图像形变；
步骤4：对图像进行颜色模型转换，依据色彩信息提取表盘中的黄绿颜色区间，采用矩形盒包围的方法进行仪表表盘提取，在表盘范围内对红色区域进行提取；
步骤5：如图4所示，对图像进行二值化处理，采用旋转匹配的方法定位指针，并获得指针读数；
步骤6：将读数存储在数据库中，重复步骤3。
在所述步骤2中，相机标定的操作过程为：制作标定板，使用摄像头从不同角度拍摄若干张模板图像，提取标定板内角点的世界坐标，采用角点识别方法提取标定板角点的图像坐标，依据坐标变换关系求出相机内、外参数及畸变参数，并对标定参数优化求精。
在所述步骤4中，将RGB转为HSV模型，完成颜色模型转换，HSV是一种将RGB色彩空间中的点在倒圆锥体中的表示方法，相较于RGB模型，HSV更符合人们对颜色的描述，方便颜色参数的设定；在所述步骤4中，仪表表盘提取的具体过程为：将提取出来的黄绿两个颜色区域，经过膨胀操作，查找最大联通区域，即为表盘内部的黄色和绿色区域，将该区域使用矩形盒包围，并将该包围盒区域放大为2倍，用以框定表盘可能存在的最大图像范围，通过将矩形盒进行resize，实现对不同尺寸图像的参数自适应，在截取区域上进行Hough圆检测，检测出来的圆形，即为仪表的准确位置。
所述步骤5中采用局部积分二值化方法对图像进行二值化处理，局部二值化相较于全局二值化，在仪表环境光照不均，图像亮度变化较大的情况下能获得更精确的结果，所述局部积分二值化方法公式表示为
式中Tn为二值化结果值；pn为点n的灰度值；s为点n周围像素区域边长；t为百分比参数；fs(n)为点n周围像素之和。
所述步骤5中采用局部积分二值化方法的算法使用了积分图，积分图Gn记录了每个像素的左侧和上方像素灰度值之和，假设点n周围像素区域的左上角顶点为(i0,j0)，右下角顶点为(i1,j1)，利用积分图可以在常数时间计算出该区域的像素之和，上述公式表示为
所述步骤5中指针示数读取的具体过程为：根据步骤4中所提取的黄绿颜色区域与表盘位置，在表盘范围内根据颜色参数提取红色颜色区域，并用三角形包围盒包围三种颜色区域，依据三角形包围盒顶角计算出三种颜色区域的总弧度，以Hough圆检测所定位圆心为顶点，生成一条直线绕圆心进行旋转，取像素重叠度峰值即为指针位置，最后依据指针偏转角度与三种颜色区域的总弧度计算出指针所处颜色区间，即为读数结果。
所述步骤6中数据库中包含灭火器仪表表盘序号、仪表图像序号、图像检测结果、检测人员、检测时间信息。
以上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。
Claims (8)
1.一种针对灭火器指针式仪表的智能识别系统，其特征在于：该识别系统通过鱼眼摄像头采集灭火器图像并制作图像集，系统自动的从图像集里获取每一幅图像进行读数识别，并将识别结果存储在数据库中，该系统工作步骤如下：
步骤1：采集灭火器仪表图像，制作图像集；
步骤2：对鱼眼摄像头进行相机标定，获取相机标定参数；
步骤3：获取图像集中的一副图像，依据步骤2所得相机标定参数对图像进行畸变校正；
步骤4：对图像进行颜色模型转换，依据色彩信息提取表盘中的黄绿颜色区间，采用矩形盒包围的方法进行仪表表盘提取，在表盘范围内对红色区域进行提取；
步骤5：对图像进行二值化处理，采用旋转匹配的方法定位指针，并获得指针读数；
步骤6：将读数存储在数据库中，重复步骤3。
2.根据权利要求1所述一种针对灭火器指针式仪表的智能识别系统，其特征在于：在所述步骤2中，相机标定的操作过程为：制作标定板，使用摄像头从不同角度拍摄若干张模板图像，提取标定板内角点的世界坐标，采用角点识别方法提取标定板角点的图像坐标，依据坐标变换关系求出相机内、外参数及畸变参数，并对标定参数优化求精。
3.根据权利要求1所述一种针对灭火器指针式仪表的智能识别系统，其特征在于：在所述步骤4中，将RGB转为HSV模型，完成颜色模型转换。
4.根据权利要求1所述一种针对灭火器指针式仪表的智能识别系统，其特征在于：在所述步骤4中，仪表表盘提取的具体过程为：将提取出来的黄绿两个颜色区域，经过膨胀操作，查找最大联通区域，即为表盘内部的黄色和绿色区域，将该区域使用矩形盒包围，并将该包围盒区域放大为2倍，用以框定表盘可能存在的最大图像范围，通过将矩形盒进行resize，实现对不同尺寸图像的参数自适应，在截取区域上进行Hough圆检测，检测出来的圆形，即为仪表的准确位置。
5.根据权利要求1所述一种针对灭火器指针式仪表的智能识别系统，其特征在于：所述步骤5中采用局部积分二值化方法对图像进行二值化处理，所述局部积分二值化方法公式表示为
式中Tn为二值化结果值；pn为点n的灰度值；s为点n周围像素区域边长；t为百分比参数；fs(n)为点n周围像素之和。
6.根据权利要求5所述一种针对灭火器指针式仪表的智能识别系统，其特征在于：所述步骤5中采用局部积分二值化方法的算法使用了积分图，积分图Gn记录了每个像素的左侧和上方像素灰度值之和，假设点n周围像素区域的左上角顶点为(i0,j0)，右下角顶点为(i1,j1)，利用积分图可以在常数时间计算出该区域的像素之和，上述公式表示为
7.根据权利要求1所述一种针对灭火器指针式仪表的智能识别系统，其特征在于：所述步骤5中指针示数读取的具体过程为：根据步骤4中所提取的黄绿颜色区域与表盘位置，在表盘范围内根据颜色参数提取红色颜色区域，并用三角形包围盒包围三种颜色区域，依据三角形包围盒顶角计算出三种颜色区域的总弧度，以Hough圆检测所定位圆心为顶点，生成一条直线绕圆心进行旋转，取像素重叠度峰值即为指针位置，最后依据指针偏转角度与三种颜色区域的总弧度计算出指针所处颜色区间，即为读数结果。
8.根据权利要求1所述一种针对灭火器指针式仪表的智能识别系统，其特征在于：所述步骤6中数据库中包含灭火器仪表表盘序号、仪表图像序号、图像检测结果、检测人员、检测时间信息。
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