CN112041906B - 读取系统、读取方法、程序以及存储介质 - Google Patents

读取系统、读取方法、程序以及存储介质 Download PDF

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Abstract

实施方式的读取系统具备计算部和判定部。所述计算部对拍摄到仪表的图像的至少一部分，以所述仪表的中心为基准进行极坐标变换，所述仪表具有以旋转轴为中心旋转的指针、显示盘、以及在所述显示盘上在所述旋转轴的周围沿周向配置的多个刻度。所述计算部在与所述周向对应的第一方向的各点，计算与从所述中心朝向所述刻度的径向对应的第二方向的至少一部分的亮度的合计值和所述第二方向的至少一部分的亮度的偏差。所述判定部使用所述合计值及所述偏差，判定所述指针所存在的位置。

Description

读取系统、读取方法、程序以及存储介质
技术领域
本发明的实施方式涉及读取系统、读取方法、程序以及存储介质。
背景技术
存在读取圆型仪表所指示的数值的系统。在该系统中，希望数值的读取的精度较高。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017-126187号公报
发明内容
发明解决的技术问题
本发明解决的技术问题在于，提供一种能够提高圆型仪表所指示的数值的读取精度的读取系统、读取方法、程序以及存储介质。
用于解决技术问题的手段
实施方式的读取系统具备计算部和判定部。所述计算部对拍摄到仪表的图像的至少一部分，以所述仪表的中心为基准进行极坐标变换，所述仪表具有以旋转轴为中心旋转的指针、显示盘、以及在所述显示盘上在所述旋转轴的周围沿周向配置的多个刻度。所述计算部在与所述周向对应的第一方向的各点，计算与从所述中心朝向所述刻度的径向对应的第二方向的至少一部分的亮度的合计值和所述第二方向的至少一部分的亮度的偏差。所述判定部使用所述合计值及所述偏差，判定所述指针所存在的位置。
附图说明
图1是表示实施方式的读取系统的结构的框图。
图2是例示实施方式的读取系统的处理的图。
图3是表示实施方式的读取系统的动作的流程图。
图4是表示与亮度有关的计算结果的一例的曲线图。
图5是实施方式的读取系统的其他动作的流程图。
图6是表示实施方式的第一变形例的读取系统的结构的框图。
图7是实施方式的第二变形例的读取系统的结构的框图。
图8是对实施方式的第二变形例的读取系统的处理进行例示的图。
图9是表示实施方式的第三变形例的读取系统的结构的框图。
图10是例示实施方式的第三变形例的读取系统的处理的图。
图11是表示实施方式的第四变形例的读取系统的结构的框图。
图12是例示实施方式的第四变形例的读取系统的处理的图。
图13是表示用于实现实施方式的读取系统的硬件结构的框图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的各实施方式进行说明。
在本申请说明书和各图中，对与已经说明过的要素相同的要素标注相同的附图标记并适当省略详细的说明。
图1是表示实施方式的读取系统的结构的框图。
实施方式的读取系统1用于从拍摄到仪表的图像中读取仪表内的指针所指示的数值。实施方式的读取系统1适合用于具有以旋转轴为中心旋转的指针和在旋转轴的周围沿周向配置的多个刻度的仪表。在读取对象的仪表中，多个刻度既可以排列成圆状，也可以排列成圆弧状。仪表包括标记有多个刻度的显示盘和与多个刻度的至少一部分对应地标记的数值。在这样的仪表中，显示盘的外缘、外框等典型地为圆形。在以下的实施方式的说明中，将这样的仪表称为圆形仪表。
如图1所示，实施方式的读取系统1具备摄像部11、仪表提取部12、校正部13、计算部14、判定部15、相对角度计算部16、变换部17以及存储部19。
图2是例示实施方式的读取系统的处理的图。参照图2，具体说明实施方式的读取系统1的处理。
摄像部11拍摄圆形仪表，取得静止的图像。摄像部11将所取得的图像输出至仪表提取部12。摄像部11也可以将图像存储于存储部19。在由摄像部11拍摄动态图像时，从该动态图像中切出静态图像并输出至仪表提取部12。在所拍摄的图像中，也可以映现有圆形仪表以外的物体。
仪表提取部12从由摄像部11取得的图像中提取拍摄到圆形仪表的部分。仪表提取部12将提取出的部分向校正部13输出。图2的(a)表示提取出的部分的一例。
作为具体的一例，仪表提取部12具有轮廓提取部12a和选定部12b。为了说明，将由摄像部11拍摄并输入到仪表提取部12的图像称为输入图像。
轮廓提取部12a例如基于输入图像中的亮度差，提取输入图像中包含的轮廓。在提取轮廓时，轮廓提取部12a也可以对图像适当地加以处理。例如，轮廓提取部12a在将输入图像变换为灰度后进行二值化，从该二值图像中提取用白色表示的区域的轮廓。
选定部12b计算被轮廓包围的区域的面积。在提取出多个轮廓时，计算各个区域的面积。选定部12b对计算出的各面积与规定的阈值进行比较，仅选定面积为阈值以上的区域。由此，面积过小的区域被排除，仅选定拍摄到圆形仪表的可能性高的区域。选定部12b从输入图像中提取与选定的区域对应的一部分(切出)。选定部12b将提取出的部分输出至校正部13。
校正部13在所输入的图像畸变时，将该图像校正为从正面观察的图像。校正部13例如通过进行射影变换来校正图像。在图2的(a)所示的图像的例子中，显示盘的外缘为椭圆状。通过由校正部13进行校正，从而将图2的(a)所示的图像校正为图2的(b)所示的图像。由此，显示盘的外缘接近正圆。校正部13将校正后的图像输出至计算部14。
计算部14例如具有极坐标变换部14a、第一计算部14b以及第二计算部14c。
极坐标变换部14a检测变换后的图像中包含的圆形仪表的中心。
例如，计算部14基于图像中的亮度差，检测圆形仪表的显示盘的外缘。在显示盘的外缘为圆状时，计算部14将其外缘近似为正圆。计算部14将该正圆的中心作为圆形仪表的中心。
在显示盘的外缘不是圆形时，计算部14也可以使用标记于显示盘的多个刻度来检测圆形仪表的中心。具体而言，在刻度为直线状时，计算部14生成沿着各个刻度的虚拟直线。计算部14检测这些直线的交点，将多个交点的重心的位置作为圆形仪表的中心。
极坐标变换部14a以检测到的圆型仪表的中心为基准，对图像进行极坐标变换。极坐标变换中例如使用以下的式(1)和式(2)。图像也可以在进行极坐标变换之前适当地进行灰度化或二值化。例如，对图2的(b)所示的图像进行极坐标变换，生成图2的(d)所示的图像。图2的(c)所示的圆形仪表的周向(角度)θ与图2的(d)所示的X方向(第一方向)对应。圆形仪表的半径方向R对应于与X方向正交的Y方向(第二方向)。
X＝Rcosθ(1)
Y＝Rsinθ(2)
圆型仪表中的角度以规定的线为基准来计算。例如，极坐标变换部14a生成从圆形仪表的中心水平地向右侧方延伸的虚拟的半直线。在计算图像中的某个点的角度时，极坐标变换部14a生成将该点与顶点(圆型仪表的中心)连结的另外的半直线。极坐标变换部14a计算成为基准的半直线与另外的半直线之间的角度作为该点的角度。
第一计算部14b使用极坐标变换后的结果，计算X方向的各点的Y方向的亮度的合计值。第二计算部14c计算X方向的各点的Y方向的亮度的偏差。第一计算部14b和第二计算部14c将计算出的结果输出至判定部15。
在像素的亮度由0～255的256个灰度表示时，将在Y方向上排列的全部像素的亮度的灰度合计，将该值作为亮度的合计值。图像用二进制表示时也是同样的。对于在Y方向上排列的全部像素，对表示亮度的“0”或“1”进行合计，将该值作为亮度的合计值。合计值越大，表示在Y方向上更多排列更明亮的像素。
亮度的偏差例如通过以下的方法来计算。首先，计算Y方向上的亮度的平均值。接着，使用该平均值，计算Y方向上的亮度的标准偏差。将该标准偏差设为亮度的偏差。或者，也可以将Y方向上的亮度的方差、均方根、对比度比、四分位范围(Interquartile Range：IQR)等用作亮度的偏差。
对比度比CR例如通过以下的式(3)来表示。Imax是Y方向上的亮度的最大值。Imin是Y方向上的亮度的最小值。
CR＝(Imax-Imin)/(Imax+Imin) (3)
例如，针对图2的(d)所示的图像，计算X方向的各点处的亮度的合计值及亮度的偏差。图2的(e)表示其计算结果。在图2的(e)的曲线图中，圆圈的描绘表示亮度的合计值，四边形的描绘表示标准偏差(亮度的偏差)。横轴表示X方向上的位置(即角度)。左侧的纵轴表示亮度的合计值。右侧的纵轴表示亮度的偏差。在图2的(e)的横轴中，为了方便，记载了与各位置对应的角度。
判定部15使用亮度的合计值及亮度的偏差，判定圆形仪表的指针所存在的X方向上的位置。在极坐标变换后的图像中，X方向上的位置表示在极坐标变换前的图像中、以圆形仪表的中心为顶点的角度。即，通过判定指针所存在的X方向上的位置，获得指针所存在的角度。
作为具体的一例，判定部15具有提取部15a以及判别部15b。在作为读取对象的圆形仪表中，对显示盘的颜色调对明亮、指针的颜色调对较暗的情况进行说明。
提取部15a使用计算部14的计算结果，在极坐标变换后的图像中提取亮度极小的X方向上的位置。提取出的位置也可以是多个。提取出的位置是指针所存在的位置的候选。这是因为，在指针的颜色比显示盘的颜色暗时，在指针所存在的位置，Y方向的亮度的合计值比其他位置低。
判别部15b参照提取出的各个位置处的亮度的偏差。例如，判别部15b将各自的亮度的偏差与第一阈值进行比较。判别部15b将从提取出的位置中得到了第一阈值以下的偏差的位置判别为指针所存在的位置。
在由提取部15a提取出的候选中，有时包含多个位置。这些位置例如包含指针的一端部的位置和指针的另一端部的位置。一端部和另一端部是指针延伸的方向上的端部。指针的一端部是指示配置有刻度的区域的部分，指针的另一端部隔着旋转轴位于与一端部相反的位置。一端部与另一端部相比位于更靠近配置有刻度的区域的位置。一端部与旋转轴之间的距离比另一端部与旋转轴之间的距离长。以下，将指针的上述一端部称为“前端”，将上述另一端部称为“后端”。
根据圆型仪表，指针的后端与显示盘的中心相比向前端的相反侧突出。在该情况下，能够提取指针前端的位置和指针后端的位置作为指针所存在的位置的候选。
但是，在该情况下也是，指针的前端与中心之间的距离比后端与中心之间的距离长。因此，在指针的前端存在的位置，与指针的后端存在的位置相比，在Y方向上，显示盘的颜色的像素少。即，在指针的前端存在的位置，与指针的后端存在的位置相比，亮度低的像素多，亮度高的像素少。其结果，在指针的前端存在的位置，与指针的后端存在的位置相比，Y方向上的亮度的偏差小。因此，通过使用亮度的偏差，能够判别指针所存在的位置。
在图2的(d)所示的例子的情况下，通过提取部15a提取亮度极小的多个位置P0～P9。在位置P4及P9，亮度的合计值比其他位置显著小。这表示在位置P4及P9中的一方存在指针的前端，在另一方存在指针的后端。根据提取出的多个位置，判别部15b将亮度的偏差为第一阈值th1以下的位置P4判别为存在指针的位置。
在极坐标变换后的图像中，X方向上的位置如图2的(d)的横轴所示那样，表示以圆形仪表的中心为顶点的角度。因此，可知指针存在于与判别出的位置对应的角度。
存储部19存储与圆形仪表的刻度有关的信息。具体而言，将对指针的角度与由指针指示的数值的对应进行表示的表、附加于刻度的数值的最大值及最小值等存储于存储部19。变换部17基于存储部19的信息，将指针所存在的角度变换为数值。由此，得到由指针指示的数值。变换部17例如将变换后的数值输出至外部。
存储部19的表，表示在圆形仪表配置于某个作为基准的位置的状态下的指针的角度与数值的对应关系。例如，存在由摄像部11拍摄到的圆形仪表相对于基准的位置旋转某个角度的情况。在该情况下，若参照表来将指针所存在的角度变换为数值，则会产生该角度的量的误差。
因此，由判定部15取得的角度优选由相对角度计算部16针对上述角度进行校正。相对角度计算部16计算圆形仪表的基准位置与拍摄到的圆形仪表之间的相对的旋转角度(相对角度)。
例如，在存储部19中，针对读取对象的圆形仪表，存储有与最小值对应的刻度和与最大值对应的刻度的位置关系。在一般的圆形仪表中，从最小值的刻度朝向最大值的刻度，在某一方向上连续地标注刻度。并且，在其相反的方向上，最小值的刻度与最大值的刻度分开。在存储部19中，将最小值的刻度与最大值的刻度分开的方向、这些刻度彼此之间的距离作为位置关系的信息进行存储。相对角度计算部16根据校正后的图像，检测最小值的刻度与最大值的刻度之间的位置关系。相对角度计算部16将检测出的位置关系与存储于存储部19的位置关系进行比较，计算相对角度。
或者，相对角度计算部16也可以根据校正后的图像来计算相对角度。例如，相对角度计算部16使用OCR(Optical Character Recognition：光学字符识别)、图案匹配等技术，识别显示盘所标记的多个数值。接着，相对角度计算部16检测识别出的多个数值的斜率，将这些斜率的平均作为圆形仪表的斜率(相对角度)。
相对角度计算部16对由判定部15取得的角度加上或减去计算出的旋转角度。变换部17将由相对角度计算部16计算出的角度变换为数值。由此，数值的读取精度提高。
图3是表示实施方式的读取系统的动作的流程图。
首先，摄像部11拍摄圆形仪表，取得图像(步骤S11)。接着，轮廓提取部12a提取该图像中的轮廓(步骤S12a)。选定部12b选定规定面积以上的轮廓(步骤S12b)。校正部13在与所选定的轮廓对应的图像畸变时，校正该畸变(步骤S13)。极坐标变换部14a对校正后的图像进行极坐标变换(步骤S14a)。第一计算部14b针对X方向的各点，计算Y方向上的亮度的合计值(步骤S14b)。第二计算部14c针对X方向的各点，计算Y方向上的亮度的偏差(步骤S14c)。
提取部15a提取亮度的合计值为极小的X方向上的位置(步骤S15a)。判别部15b针对提取出的各个位置，将亮度的偏差与第一阈值进行比较。由此，判别偏差为第一阈值以下的位置(步骤S15b)。相对角度计算部16计算拍摄到的圆形仪表与存储在存储部19中的圆形仪表的状态之间的相对角度(步骤S16)。变换部17使用计算出的相对角度，将与判别出的位置对应的角度变换为数值(步骤S17)。
上述的步骤的顺序能够适当变更。例如，亮度的偏差的计算(步骤S14c)也可以在位置的提取(步骤S15a)之后进行。相对角度的计算(步骤S16)可以在图像的极坐标变换(步骤S14a)之前或位置的提取(步骤S15a)之前进行。在根据多个数值的斜率来计算相对角度时，这些斜率的计算也可以在图像的极坐标变换(步骤S14a)之前进行。
以下，对实施方式的效果进行说明。
首先，对参考例的读取系统进行说明。在参考例的读取系统中，对拍摄到圆形仪表的图像进行极坐标变换。在X方向的各点，计算Y方向上的亮度的合计值。基于该合计值，检测指针。根据该方法，即使在图像不清晰的情况下，也能够高精度地检测指针。在圆形仪表上粘贴有密封件等，即使在看不到指针的一部分的情况下，也能够高精度地检测指针。
但是，如上所述，在基于亮度的合计值的检测中，有时难以判别指针的前端和后端。在指针的旋转范围为180度以上时，如果无法判别指针的前端和后端，则无法读取由指针指示的数值。
因此，在实施方式的读取系统1中，进一步使用亮度的偏差来判别指针所存在的位置。如上所述，在指针的前端存在的位置和指针的后端存在的位置，亮度的偏差不同。通过使用亮度的偏差，能够高精度地判别指针的前端。
因此，根据实施方式的读取系统1，特别是对于指针的旋转范围为180度以上的圆形仪表，能够提高所指示的数值的读取精度。
根据指针的形状、拍摄到的图像的分辨率等，有时在指针的旋转轴部分或刻度部分会较多地包含暗的像素。在该情况下，计算部14也可以排除这些部分，而计算Y方向上的亮度的合计值或者亮度的偏差。
例如，第一计算部14b从进行了极坐标变换后的图像中，将包含指针的旋转轴的部分以及包含刻度的部分中的至少任意一个排除，而计算Y方向上的亮度的合计值。第二计算部14c从进行了极坐标变换后的图像中，将包含指针的旋转轴的部分以及包含刻度的部分中的至少任意一个排除，而计算Y方向上的亮度的偏差。
或者，极坐标变换部14a也可以将包含指针的旋转轴的部分以及包含刻度的部分中的至少任意一个排除，而对图像进行极坐标变换。但是，在进行了极坐标变换后的图像中，被排除的部分为矩形，因此能够使处理高速化。为了处理的高速化，在上述的第一计算部14b和第二计算部14c中的计算中，优选将旋转轴部分和刻度部分排除。
有时在圆形仪表的前表面粘贴有密封件等。在计算亮度的合计值及亮度的偏差时，若计算中包含粘贴有密封件的部分的亮度，则有可能误检测指针的位置。特别是，在密封件为黑色或红色等反射率较低的颜色时，误检测的可能性变高。因此，在圆形仪表上粘贴有密封件时，计算部14也可以从图像中将映现有密封件的部分排除，而计算Y方向上的亮度的合计值或亮度的偏差。
例如，极坐标变换部14a将粘贴有密封件的部分排除，而对图像进行极坐标变换。粘贴有密封件的部分预先存储于存储部19。第一算出部14b及第二算出部14c根据将密封件排除而进行了极坐标变换后的图像，算出亮度的合计值及亮度的偏差。
或者，第一计算部14b和第二计算部14c也可以从极坐标变换后的图像中排除包含密封件的部分，而计算亮度的合计值和亮度的偏差。但是，为了处理的高速化，优选将密封件排除而对图像进行极坐标变换。典型地，这样的密封件的外形为矩形。这是因为，若包含密封件的部分被极坐标变换，则该部分会变得不为矩形，处理会变得繁杂。
在上述的例子中，说明了显示盘的颜色调对明亮、指针以及刻度的颜色调对较暗的情况，但通过实施方式的读取系统1能够读取的圆形仪表不限定于该例。也可以是在读取对象的圆型仪表中，显示盘的颜色调对较暗，指针以及刻度的颜色调对明亮。在该情况下，在极坐标变换后的图像中，在指针所存在的位置，与其他位置相比，明亮的像素变多。因此，提取部15a提取Y方向上的亮度的合计值为极大的位置。判别部15b使用Y方向上的亮度的偏差，从提取出的位置提取指针所存在的位置。
判别部15b也可以在由提取部15a提取出多个位置时，通过以下的处理来判别指针所存在的位置。判别部15b调查在多个位置是否包含与仪表的对角对应的2个位置。与仪表的对角对应的2个位置是指与一个位置对应的角度和与另一个位置对应的角度的差实质上为180度的位置。关于这些角度的差，也可以基于摄像部11的性能、图像的分辨率等来设定容许差。在存在与对角对应的2个位置时，表示指针的前端及后端存在于这些位置。判别部15b对这些位置处的亮度的偏差进行比较，判别为在偏差较小的一方存在指针。
在上述的说明中，说明了判定部15具有提取部15a以及判别部15b的情况。判定部15中的处理并不限定于该例。例如，判定部15也可以并行地进行亮度的合计值为极值的位置的提取和亮度的偏差为第一阈值以下的位置的提取。判定部15将满足双方的条件的位置判定为指针存在的位置。或者，判定部15也可以提取亮度的偏差为第一阈值以下的位置的范围，在该范围内判别亮度的合计值为极值的位置。即，如果能够找到亮度的合计值为极小值或极大值、且亮度的偏差为第一阈值以下的位置，则判定部15中的具体的处理能够适当变更。
在上述的说明中，对读取系统1具备摄像部11、仪表提取部12以及校正部13的例子进行了说明，但读取系统1也可以不具备这些构成要素。例如，在对读取系统1输入畸变已被校正的图像的情况下，不需要这些构成要素。
对实施方式的读取系统1的优选方式以及变形例进行说明。以下说明的包含变形例的各方式能够适当地相互组合来实施。
图4的(a)及图4的(b)是表示与亮度有关的计算结果的一例的曲线图。
图4的(a)及图4的(b)的图表与图2的(d)的图表对应。图4的(a)针对图2的(c)所示的图像，表示X方向上的位置与Y方向的黑色的强度的合计值之间的关系。
黑色的强度的合计值与亮度的合计值对应。黑色的强度的合计值通过以下的方法算出。首先，计算Y方向上的亮度的最大值的合计。例如，在以255灰度表示亮度时，255为亮度的最大值。对255乘以Y方向上的像素数而得到的值为亮度的最大值的合计值。接着，计算Y方向上的亮度的合计值。从最大值的合计减去亮度的合计值而得到的值是黑色的强度的合计值。
如图4的(a)所示，优选对黑色的强度的合计值设定第二阈值th2。首先，提取部15a提取黑色的强度的合计值超过第二阈值th2的、X方向的范围Ra1以及Ra2。接下来，提取部15a在范围Ra1以及Ra2中，提取黑色的强度的合计值成为极大的X方向的位置。根据该方法，能够筛选合计值为极大的位置，能够降低计算量。
若由提取部15a提取的位置多，则还产生无法由判别部15b判别出仅一个位置的可能性。例如，如图4的(b)所示，在设定了第一阈值th1时，在位置P0、P2～P8中，亮度的偏差为第一阈值th1以下。因此，无法通过判别部15b判别出仅一个位置。
但是，通过筛选提取的位置，由判别部15b容易判别出仅一个位置。例如，如图4的(a)所示，仅范围Ra1和Ra2被搜索，从而仅提取位置P4和P9。其结果，即使在图4的(b)所示的第一阈值th1时，也能够仅判别出位置P4。
因此，根据上述方法，能够进一步提高数值的读取精度。
第一阈值th1和第二阈值th2可以由用户预先设定，也可以基于黑色的强度的合计值和亮度的偏差的计算结果来设定。例如，提取部15a将亮度的合计值的最大值的70％设为第二阈值th2。判别部15b将亮度的偏差的最大值的70％设为第一阈值th1。通过基于计算结果来设定阈值，从而与阈值被预先固定时相比，能够更高精度地判别指针所存在的位置。其结果，能够进一步提高数值的读取精度。
在此，对将计算出的亮度的合计值变换为黑色的强度的合计值，并对黑色的强度的合计值设定第一阈值th1的情况进行了说明。第一阈值可以如亮度的图2的(e)所示那样、对亮度的合计值的计算结果进行设定。在该情况下，第一阈值例如被设定为最大的亮度的合计值的30％的值。
在上述的例子中，使用与亮度的合计值对应的黑色的强度的合计值，提取黑色的强度的合计值为极大的位置。这样，指针的位置的候选也可以使用与亮度的合计值对应的其他数值来进行。这样的方法实质上也能够视为提取出亮度的合计值的极小的位置。
图5是表示实施方式的读取系统1的其他动作的流程图。
图5表示对亮度的合计值与第二阈值进行比较的情况下的读取系统1的动作。在图5的流程图中，步骤S15a1以及S15a2以外的处理与图3的流程图相同。
提取部15a将X方向的各点处的亮度的合计值与第二阈值进行比较，提取合计值为第二阈值以下的X方向的范围(步骤S15a1)。提取部15a在提取出的范围中提取亮度的合计值为极小的位置(步骤S15a2)。判别部15b从提取出的位置中判别亮度的偏差为第一阈值以下的位置(步骤S15b)。
(第一变形例)
图6是表示实施方式的第一变形例的读取系统的结构的框图。在读取系统1a中，计算部14中的处理与读取系统1不同。
极坐标变换部14a在被输入了校正后的图像时，仅提取亮度低的像素，并对提取出的像素进行极坐标变换。例如，在以255灰度表示亮度时，仅对亮度为127灰度以下的像素进行极坐标变换。在以二值表示亮度时，仅对黑色的像素进行极坐标变换。
第一计算部14b基于极坐标变换后的结果，在X方向的各点计算Y方向的亮度的合计值。在本变形例的情况下，仅极坐标变换后的像素的亮度被用于计算。
提取部15a提取亮度的合计值为极小的X方向的位置。提取部15a将该提取结果输出至第二计算部14c。第二计算部14c针对极坐标变换后的结果，计算提取出的位置处的亮度的偏差。
在本变形例中，仅将亮度低的像素进行极坐标变换，因此仅在Y方向的一部分存在亮度的信息。因此，第二计算部14c关于不存在亮度的信息的点，例如视为亮度最大(白色)，计算亮度的偏差。第二计算部14c将其计算结果输出至判别部15b。
判别部15b将由提取部15a提取出的位置中亮度的偏差最小的位置判别为指针存在的位置。
根据本变形例的读取系统1a，仅对亮度低的像素进行极坐标变换。基于提取部15a的提取结果，仅针对特定的位置计算亮度的偏差。因此，与读取系统1相比，能够减少计算量，能够提高数值的读取速度。
(第二变形例)
图7是表示实施方式的第二变形例的读取系统的结构的框图。
图8是例示实施方式的第二变形例的读取系统的处理的图。
图8的(a)是表示圆型仪表的主视图。如图8的(a)所示，有时1个圆形仪表90具有2个指针91及92。在图8的(a)的例子中，显示盘的左侧表示压力，右侧表示温度。即，指针91指示的范围和指针92指示的范围相互分离，分别独立。第二变形例的读取系统1b针对这样的圆形仪表读取由各个指针指示的数值。
读取系统1b中的摄像部11、仪表提取部12、校正部13以及计算部14的处理与读取系统1相同。例如，通过对具有2个指针的圆形仪表的图像进行极坐标变换，从而生成图8的(b)所示的图像。
第一计算部14b和第二计算部14c分别针对极坐标变换后的图像，计算亮度的合计值和亮度的偏差。图8的(c)表示图8的(b)所示的图像中的亮度的合计值及亮度的偏差的计算结果。在图8的(c)的曲线图中，圆圈的描绘表示亮度的合计值，四边形的描绘表示标准偏差(亮度的偏差)。横轴表示X方向上的位置(即角度)。左侧的纵轴表示亮度的合计值。右侧的纵轴表示亮度的偏差。在图8的(c)的横轴中，为了方便起见，记载了与各位置对应的角度。
提取部15a基于第一计算部14b的计算结果，提取Y方向的亮度的合计值为极小的X方向的位置。例如，如图8的(c)所示，提取位置P0至P9。
例如，在存储部19中，关于圆形仪表90，存储有指针91以及92各自存在的角度范围。在图8的(a)～图8的(c)所示的例子中，以半直线L为基准，指针91存在于0度以上且小于90度以及270度以上且小于360度的范围。指针92存在于90度以上且小于270度的范围。
判别部15b参照存储在存储部19中的上述信息，在各个指针所存在的范围内，判别亮度的偏差低于第一阈值th1的位置。在图8的(c)所示的例子中，在指针91所存在的范围中判别出位置P0，在指针92所存在的范围中判别出位置P2。即，指针91被判定为存在于与位置P0对应的角度，指针92被判定为存在于与位置P2对应的角度。
针对判别出的各个位置(角度)的以后的处理与读取系统1相同。相对角度计算部16检测图像的圆形仪表的旋转角度，并对各个角度适当加上或减去相对角度。变换部17将校正后的各个角度变换为数值。
在图8中，以指针为2个圆形仪表为例进行了说明。实施方式的读取系统1b也能够应用于具有3个以上的指针的圆形仪表。在该情况下，在存储部19中存储有3个以上的指针各自存在的范围。判定部15在各个范围中判定指针所存在的位置。
根据本变形例，对于具有多个指针的圆形仪表，能够更高精度地读取由各个指针指示的数值。
(第三变形例)
图9是表示实施方式的第三变形例的读取系统的结构的框图。
图10是例示实施方式的第三变形例的读取系统的处理的图。
图10的(a)是表示圆型仪表的主视图。如图10的(a)所示，有时1个圆形仪表90具有多个指针，多个指针的指示范围相同，且指针的颜色互不相同。在图10的(a)的例子中，圆形仪表90具有红色的指针RD、绿色的指针GR以及蓝色的指针BL。
例如，圆形仪表90是温度计。指针BL表示当前的温度。指针GR表示在测量过程中记录的最高温度。指针RD表示发出警报的温度。当由指针BL指示的数值超过由指针RD指示的数值时，发出警报。
在第三变形例的读取系统1c中，计算部14还具有指针分割部14d。指针分割部14d在从校正部13被输入图像时，提取具有特定色调范围的颜色的像素。色调范围被设定为包含指针的颜色。未被提取的像素的颜色例如被设定为白色。通过对各个指针的颜色进行该处理，能够针对每个指针生成颜色空间或者色差平面。
颜色空间是由RGB(Red Green Blue，红绿蓝)的成分或HSV(Hue SaturationValue)的成分构成的空间。色差平面例如是针对RGB颜色空间在R平面、G平面、B平面之间进行减法运算而得到的平面。在该情况下，所生成的色差平面有6种。通过对读取对象的各指针分配灵敏度最高的色差平面，来判定各指针的角度。
例如，通过指针分割部14d的处理，如图10的(b)～图10的(d)所示，生成仅具有指针BL的圆形仪表90的图像、仅具有指针GR的圆形仪表90的图像、以及仅具有指针RD的圆形仪表90的图像。
在生成每个指针的颜色空间或色差平面时，指针分割部14d也可以对输入的图像进行HSV变换等。通过进行HSV变换，例如从色调(Hue)判定颜色，提取色调为红色的区域的亮度(Value)，由此能够制作仅红色的图像数据。通过根据各个指针的颜色对图像进行HSV处理，能够提高指针的检测精度。
当通过指针分割部14d生成每个指针的图像时，对各个图像进行与读取系统1、1a或者1b相同的处理。根据本变形例，即使在圆形仪表具有多个指针并且多个指针的指示范围相同的情况下，也能够针对每个指针读取指示的数值。
(第四变形例)
图11是表示实施方式的第四变形例的读取系统的结构的框图。
图12是例示实施方式的第四变形例的读取系统的处理的图。
第四变形例的读取系统1d具备识别部18来代替相对角度计算部16以及存储部19。识别部18根据由校正部13校正后的图像，识别圆形仪表的刻度与数值的关系。具体而言，识别部18具有分割部18a、刻度识别部18b、数字识别部18c以及刻度接合部18d。
例如，向分割部18a输入图12的(a)所示的圆形仪表的图像A。分割部18a从图像中提取线成分，并从中通过Hough变换提取最像圆的成分。如图12的(b)所示，分割部18a将提取出的圆的外周部的区域设为刻度区域B1。典型地，显示盘的背景是相对明亮的颜色(例如白色)，指针以及数字是相对较暗的颜色(例如黑色)。并且，指针设置在比刻度以及数字靠显示盘的中心侧的位置。利用这些点，分割部18a从刻度区域B1以外的区域提取数字区域B2。由此，从显示盘分割刻度和数字。
刻度识别部18b例如根据刻度区域B1中的亮度差，如图12的(b)所示，识别显示盘的刻度C。刻度识别部18b还可以基于识别出的刻度C来判定图像A是否被适当校正。例如，刻度识别部18b通过对在周向上排列的刻度C进行极坐标变换而使之沿着一个方向排列。接着，刻度识别部18b计算刻度C彼此的间隔的偏差量、刻度C的宽度的偏差量、以及刻度C的形状的偏差量中的至少任意一个。刻度识别部18b将计算出的偏差量与预先设定的阈值进行比较。
当偏差量小于阈值时，继续进行用于读取圆形仪表的处理。通过进行上述判定，能够仅对畸变更小的显示盘区域B进行读取处理，能够提高由圆形仪表指示的值的读取精度。
在偏差量为阈值以上时，刻度识别部18b将该判定结果输出至校正部13。当被输入判定结果时，校正部13变更用于校正图像的条件，生成其他校正后的图像。对于该其他图像，再次进行基于分割部18a的处理。
例如，由校正部13进行的其他图像的生成被反复进行，直至上述偏差量小于阈值为止。或者，即使生成其他的多个图像，有时任一偏差量都不小于阈值。在该情况下，识别部18对得到了极小的偏差量的图像A进行处理。
在刻度识别部18b中，判定为偏差量小于阈值时，数字识别部18c从数字区域B2切出数字。例如，如图12的(c)所示，数字识别部18c从数字区域B2切出包含数字的长方形D。数字识别部18c识别该长方形D所包含的数字。
如图12的(c)所示，刻度接合部18d提取将各个刻度C延长后的直线E与半直线L之间的角度作为各个刻度的位置信息。刻度接合部18d决定与识别出的各刻度C对应的数字。通过以上的处理，对于拍摄到的圆形仪表，识别刻度的位置、刻度与数值的对应关系。
变换部17在将从判定部15输出的指针所存在的位置变换成角度时，使用由识别部18取得的信息，将角度变换为数值。
根据本变形例，即使在刻度的位置以及刻度的位置与数值的关系未存储于存储部19的情况下，也能够读取由指针指示的数值。在本变形例的情况下，识别刻度以及数值时使用的图像与指针的角度计算时使用的图像相同。因此，不需要相对角度计算部16。
图13是表示用于实现实施方式的读取系统的硬件结构的框图。
例如，实施方式的读取系统由图13所示的读取装置5以及拍摄装置6构成。读取装置5例如是计算机，具有ROM(Read Only Memory：只读存储器)51、RAM(Random AccessMemory：随机存取存储器)52、CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)53以及HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)54。
ROM51存储用于控制计算机的操作的程序。在ROM51中存储有使计算机作为上述实施方式中的仪表提取部12、校正部13、计算部14、判定部15、相对角度计算部16、变换部17、识别部18等发挥功能所需要的程序。
RAM52用作供存储在ROM51中的程序展开的存储区域。CPU53读取存储在ROM51中的控制程序，并根据该控制程序来控制计算机的动作。CPU53将通过计算机的动作而得到的各种数据在RAM52中展开。HDD54存储读取所需的信息和在读取过程中获得的信息。
读取装置5也可以代替HDD54而具有eMMC(embedded Multi Media Card，嵌入式多媒体卡)、SSD(Solid State Drive，固态驱动器)、SSHD(Solid State Drive，固态驱动器)等。
摄像装置6拍摄被摄体(圆形仪表)，并将所取得的图像向读取装置5发送。摄像装置6例如是相机。
输出装置7将从读取装置5输出的数据(读取的圆形仪表的指示值)以用户能够识别的方式输出。输出装置7例如是监视器、打印机或扬声器等。
读取装置5、摄像装置6以及输出装置7例如通过有线或无线而相互连接。或者，它们也可以经由网络相互连接。或者，读取装置5、摄像装置6以及输出装置7中的至少2个也可以组装在1个装置中。例如，读取装置5也可以与摄像装置6的图像处理部等组装成一体。
通过使用以上说明的实施方式的读取系统以及读取方法，能够更高精度地读取在圆形仪表中指示的数值。同样地，通过使用用于使计算机作为读取系统进行动作的程序，能够使计算机以更高精度读取由圆形仪表指示的数值。
以上，例示了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子提示的，并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更等。这些实施方式及其变形例包含在发明的范围及主旨内，并且包含在权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。另外，前述的各实施方式能够相互组合来实施。

Claims (20)

1.一种读取系统，具备：
计算部，将拍摄到仪表的图像的至少包含指针的一部分以所述仪表的中心为基准进行极坐标变换，所述仪表具有以旋转轴为中心旋转的指针、显示盘、以及在所述显示盘上在所述旋转轴的周围沿周向配置的多个刻度，所述计算部在与所述周向对应的第一方向的各点，计算与从所述中心朝向所述刻度的径向对应的第二方向的至少一部分的亮度的合计值和所述第二方向的所述至少一部分的亮度的偏差；以及
判定部，使用所述合计值以及所述偏差，判定所述指针所存在的位置。
2.根据权利要求1所述的读取系统，其中，
所述判定部，
提取所述合计值为极值的所述第一方向上的位置，
根据提取出的所述位置，使用所述偏差来判别所述指针所存在的所述位置。
3.根据权利要求2所述的读取系统，其中，
所述显示盘的颜色比所述指针的颜色亮，
在由所述判定部提取出的所述位置，所述合计值为极小。
4.根据权利要求2所述的读取系统，其中，
所述显示盘的颜色比所述指针的颜色暗，
在由所述判定部提取出的所述位置，所述合计值为极大。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的读取系统，其中，
所述判定部将提取出的所述位置处的所述偏差与第一阈值进行比较，判别为所述指针存在于所述偏差为所述第一阈值以下的所述位置。
6.根据权利要求5所述的读取系统，其中，
所述判定部基于所述偏差的计算结果来设定所述第一阈值。
7.根据权利要求2至4中任一项所述的读取系统，其中，
所述判定部将提取出的各个所述位置处的所述偏差相互比较，判别为所述指针存在于所述偏差最小的所述位置。
8.根据权利要求2至4中任一项所述的读取系统，其中，
所述判定部在提取出的所述位置中的2个位置存在于与所述仪表的对角对应的位置时，比较所述位置中的所述2个位置处的所述偏差，判别为所述指针存在于所述偏差小的一方。
9.根据权利要求2至4中任一项所述的读取系统，其中，
所述提取部通过将所述第一方向的各点处的所述合计值与第二阈值进行比较，从而提取所述合计值超过所述第二阈值的所述第一方向的范围，在所述范围中提取所述位置。
10.根据权利要求9所述的读取系统，其中，
所述提取部基于所述合计值的计算结果来设定所述第二阈值。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的读取系统，其中，
所述仪表具有多个所述指针，在所述多个指针的指示范围相互分离时，所述判定部在所述多个指示范围中，根据提取出的所述位置来判别各个所述指针所存在的位置。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的读取系统，其中，
在所述仪表具有多个所述指针且所述多个指针的颜色彼此不同时，所述判定部针对各个所述指针生成颜色空间或者色差平面，在各个颜色空间或者色差平面中，根据提取出的所述位置来判别所述指针所存在的位置。
13.根据权利要求1至4中任一项所述的读取系统，其中，还具备：
相对角度计算部，计算上述仪表的旋转角度；以及
变换部，将角度变换为数值并向外部输出，
所述变换部使用计算出的所述旋转角度，将与判别出的所述位置对应的角度变换为数值。
14.根据权利要求1至4中任一项所述的读取系统，其中，还具备：
识别部，识别所述仪表中的所述刻度的位置及所述刻度与数值的关系；以及
变换部，将角度变换为数值并向外部输出，
所述变换部使用所述识别部的识别结果，将与判别出的所述位置对应的角度变换为数值。
15.根据权利要求1至4中任一项所述的读取系统，其中，
所述指针的旋转范围为180度以上。
16.根据权利要求1至4中任一项所述的读取系统，其中，
还具备摄像部，拍摄所述仪表，取得所述图像。
17.根据权利要求16所述的读取系统，其中，
所述摄像部从动态图像中切出映现有所述仪表的所述图像。
18.一种读取系统，具备：
计算部，将拍摄到仪表的图像的至少包含指针的一部分以所述仪表的中心为基准进行极坐标变换，所述仪表具有以旋转轴为中心旋转的指针、显示盘、以及在所述显示盘上在所述旋转轴的周围沿周向配置的多个刻度，所述计算部在与所述周向对应的第一方向的各点，计算与从所述中心朝向所述刻度的径向对应的第二方向的至少一部分的亮度的合计值和所述第二方向的所述至少一部分的亮度的偏差；以及
判定部，判定为所述指针存在于所述合计值为极值、且所述偏差为第一阈值以下的所述第一方向的位置。
19.一种读取方法，具备如下步骤：
将拍摄到仪表的图像的至少包含指针的一部分以所述仪表的中心为基准进行极坐标变换，所述仪表具有以旋转轴为中心旋转的指针、显示盘、以及在所述显示盘上在所述旋转轴的周围沿周向配置的多个刻度，
在与所述周向对应的第一方向的各点，计算与从所述中心朝向所述刻度的径向对应的第二方向的至少一部分的亮度的合计值和所述第二方向的所述至少一部分的亮度的偏差，
使用所述合计值及所述偏差，判定所述指针所存在的位置。
20.一种存储介质，存储有使计算机进行如下处理的程序：
将拍摄到仪表的图像的至少包含指针的一部分以所述仪表的中心为基准进行极坐标变换，所述仪表具有以旋转轴为中心旋转的指针、显示盘、以及在所述显示盘上在所述旋转轴的周围沿周向配置的多个刻度，
在与所述周向对应的第一方向的各点，计算与从所述中心朝向所述刻度的径向对应的第二方向的至少一部分的亮度的合计值和所述第二方向的所述至少一部分的亮度的偏差，
使用所述合计值及所述偏差，判定所述指针所存在的位置。
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