CN114018354B - 指针式计量器具表盘图像转换方法、系统、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种指针式计量器具表盘图像转换方法与系统，等时间间隔获取指针式计量器具的表盘图像，每S张表盘图像为一组，对于每组表盘图像采用相同的脉冲当量计算对应的脉冲数和余数，余数并不舍弃，而是用于下一组图像对应的脉冲数的计算，使每次指针式计量器具进行读数检测时总的脉冲数(所有脉冲数之和)不会丢失而保证了读数精确度；同时每组表盘图像对应的脉冲数会略有不同，这直接反映了频率变化，即反映了指针式计量器具的流量变化，以便测试人员更加直观地观察到流量变化以及被测对象的反馈能力。

Description

指针式计量器具表盘图像转换方法、系统、设备及介质

技术领域

本发明属于仪表检测技术领域，尤其涉及一种指针式计量器具表盘图像转换方法、系统、 计算机设备及存储介质。

背景技术

指针式计量器具通过指针在表盘中的具体位置确定读数，即确定计量值。例如，指针式水 表通常由圆形表盘和子表盘构成，将每一个红指针与它周围的刻度圆构成的圆形区域称之为子 表盘，所有子表盘都分布在以表盘中心为圆心的圆周上。指针式水表自动读数以指针作为判读 的关键，现有技术是通过对表盘、子表盘的定位，提取指针，最后识别指针读数。表盘定位是 将红色指针这一目标区域从水表图像中提取出来，仅保留包含所有红色指针的圆环区域，如图 1所示。摄像头不断获取水表图像，基于图像识别方法不断将转动的红色指针对应的圆环区域 的数值识别出来，得到相应的读数(即计量值)，如图2所示。

现有的图像识别方法通常是在摄像头进行前端处理，得到的数据打包后再通过RS485、 Modbus等方式传输至后台。但是在某些特定的、要求高的场合(例如水表读数传输给后台)， 需要将读数转换成脉冲，以脉冲的形式传送给后台，无法采用数据包方式传输。但是，将读数 转换成脉冲后进行传输存在以下问题：

1、等时间间隔测量时，无法做到实时等脉冲当量输出。指针转动实际非匀速，因此，即使 同样的时间间隔，前后两张图像读数之差也会不一致，以每个读数之差作为脉冲当量，导致每 次脉冲传输时的脉冲当量各不相同，无法实现等脉冲当量输出这在工业测量中是无法接受的；

2、即使实现等脉冲当量输出，也由于累计脉冲数并不一定是脉冲当量的整数倍，当累计脉 冲数不是脉冲当量的整数倍时，通常将余数舍去，造成读数误差的问题。设脉冲当量为一个固 定值，每次需要传输的累计脉冲数除以脉冲当量存在余数时，通常将余数舍去，影响读数精度。

相关说明：在流量计量方面，多数流量计或传感器均带有频率(即脉冲)输出，后台系统 会有对应的脉冲当量P(例如质量或体积)设置参数，该脉冲当量是一个固定值。测量时，一 段时间t内的累计脉冲数N即对应得到质量m或体积V，具体表达式为：

m＝N·P，或V＝N·P

即计量器具的读数等于脉冲当量与时间t内的累计脉冲数相乘。

发明内容

本发明的目的在于提供一种指针式计量器具表盘图像转换方法、系统、设备及介质，以解 决现有技术无法实现等脉冲当量输出，以及即使等脉冲当量输出也存在读数误差的问题。

本发明是通过如下的技术方案来解决上述技术问题的：一种指针式计量器具表盘图像转换 方法，包括以下步骤：

步骤1：等时间间隔持续采集并获取指针式计量器具的表盘图像；

步骤2：由第一张表盘图像至第S张表盘图像构成一组图像，对该组图像中每张表盘图像 分别进行图像识别处理，得到每张表盘图像对应的读数；

步骤3：分别计算当前组图像中第i张表盘图像对应的读数与第i－1张表盘图像对应的读 数之差，得到S－1个读数差，其中，i＝1,2,3,…,S；

步骤4：计算所述步骤3中S－1个读数差的平均值；

步骤5：根据所述步骤4中S－1个读数差的平均值以及脉冲当量计算当前组图像对应的脉 冲数和余数，并将所述脉冲数传输给后台，所述余数用于下一组图像对应的脉冲数的计算；

步骤6：由第二张表盘图像至第S+1张表盘图像构成下一组图像，对该下一组图像中的每 张表盘图像分别进行图像识别处理，得到每张表盘图像对应的读数；

步骤7：依次循环执行步骤3～6，以此类推，直到完成所有表盘图像到脉冲数的转换和传 输。

本发明中，采用等时间间隔获取表盘图像，等脉冲当量计算每组表盘图像对应的脉冲数(即 实现等脉冲当量输出)，在进行每组表盘图像对应的脉冲数的计算时，将未除尽的余数用于下一 组表盘图像对应的脉冲数的计算，使每次指针式计量器具读数检测时总的脉冲数(所有脉冲数 之和)不会丢失而保证了读数精确度；同时每组表盘图像对应的脉冲数会略有不同，这直接反 映了频率变化，即反映了指针式计量器具的流量变化，以便测试人员更加直观地观察到流量变 化以及被测对象的反馈能力。

进一步地，所述步骤2中，S为20。

进一步地，所述步骤4中，S－1个读数差的平均值的计算表达式为：

ΔV_i＝V_i-V_i-1

其中，为当前组图像对应的S－1个读数差的平均值，ΔV_i为第i张表盘图像对应的读 数与第i－1张表盘图像对应的读数之差，V_i为第i张表盘图像对应的读数，V_i-1为第i－1张表 盘图像对应的读数。

进一步地，所述步骤5中，脉冲数的计算表达式为：

其中，N_n为当前组图像对应的脉冲数，为当前组图像对应的S－1个读数差的平均 值，P为脉冲当量，C_n-1为上一组图像对应的读数差的平均值/>转换成脉冲数时的余数， />[]为取整符号。

本发明还提供一种指针式计量器具表盘图像转换系统，包括：

图像获取单元，用于获取指针式计量器具的表盘图像；

图像识别单元，用于对每组图像中的每张表盘图像分别进行图像识别处理，得到每张表盘 图像对应的读数；其中，每组图像的图像数量为S，由第一张表盘图像至第S张表盘图像构成 第一组图像，由第二张表盘图像至第S+1张表盘图像构成第二组图像，由第三张表盘图像至第 S+2张表盘图像构成第三组图像，以此类推；

第一计算单元，用于分别计算当前组图像中第i张表盘图像对应的读数与第i－1张表盘图 像对应的读数之差，得到S－1个读数差，其中，i＝1,2,3,…,S；

第二计算单元，用于根据所述第一计算单元输出的S－1个读数差计算该S－1个读数差的 平均值；

第三计算单元，用于根据所述第二计算单元输出的S－1个读数差的平均值和脉冲当量计算 当前组图像对应的脉冲数和余数，所述余数用于下一组图像对应的脉冲数的计算。

本发明还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上 运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的指针式计量器具表盘图像转换 方法。

本发明还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所 述的指针式计量器具表盘图像转换方法。

有益效果

与现有技术相比，本发明的优点在于：

采用等时间间隔获取表盘图像，等脉冲当量计算每组表盘图像对应的脉冲数(即实现等脉 冲当量输出)，在进行每组表盘图像对应的脉冲数的计算时，将未除尽的余数用于下一组表盘图 像对应的脉冲数的计算，使每次指针式计量器具读数检测时总的脉冲数(所有脉冲数之和)不 会丢失而保证了读数精确度；同时每组表盘图像对应的脉冲数会略有不同，这直接反映了频率 变化，即反映了指针式计量器具的流量变化，以便测试人员更加直观地观察到流量变化以及被 测对象的反馈能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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个实施例，对于本领域普通技术人员 来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明背景技术中水表子表盘示意图；

图2是本发明背景技术中水表子表盘的表盘图像；

图3是本发明实施例中一种指针式计量器具表盘图像转换方法流程图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明 保护的范围。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相 互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

本实施例所提供的一种指针式计量器具表盘图像转换方法，包括以下步骤：

步骤1：等时间间隔持续采集并获取指针式计量器具的表盘图像。

利用摄像头或相机等拍摄装置采集指针式计量器具的表盘图像。本实施例中，指针式计量 器具包括水表、电表等。采样时间间隔根据实际需求设置，例如设采样时间间隔为3ms。

拍摄装置根据采样时间间隔持续采集指针式计量器具的表盘图像，得到一序列表盘图像， 并将其发送给数据处理装置进行处理。数据处理装置可以为处理器、工控机、计算机等等具有 数据处理能力的设备。处理器可以是中央处理单元CPU，还可以是其他通用处理器、数字信号 处理器DSP、专用集成电路ASIC、现成可编程门阵列FPGA或其他可编程逻辑器件、分立门 或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或该处理器也可以是任何 常规的处理器等，处理器是指针式计量器具表盘图像转换系统的控制中心，利用各种接口和线 路连接拍摄装置和后台系统。

步骤2：由第一张表盘图像至第S张表盘图像构成第一组图像，对该组图像中每张表盘图 像分别进行图像识别处理，得到每张表盘图像对应的读数。

图像识别处理为现有技术，每获取一张表盘图像，均可以采用图像识别技术得到该张表盘 图像上所显示的读数。图像获取与图像处理是同步进行的，即每获取一表盘图像，随即经过图 像识别处理得到该表盘图像对应的读数。

从开始拍摄到第S张表盘图像，无脉冲转换和输出，例如采样时间间隔为3ms，S＝20，则 在前60ms无脉冲转换和输出，当得到第一组图像时，即可开始进行图像转换为脉冲数处理， 实现数据实时传输。本实施例中，S的取值与配套的硬件处理性能、图像获取能力(FPS每秒 帧数)及实际的应用场景相关。如果硬件处理性能高，处理速度快，则每组间隔时间短，因此 S取值较小；但如果相机的快门时间太长，则S也难以提高。

步骤3：分别计算当前组图像中第i张表盘图像对应的读数与第i－1张表盘图像对应的读 数之差，得到S－1个读数差，其中，i＝1,2,3,…,S。

对于每组图像，均进行步骤3～5的处理，先计算相邻两张表盘图像的读数差，具体为：

ΔV_i＝V_i-V_i-1(1)

其中，ΔV_i为第i张表盘图像对应的读数与第i－1张表盘图像对应的读数之差，V_i为第i 张表盘图像对应的读数，V_i-1为第i－1张表盘图像对应的读数。设S＝20，则

ΔV₂＝V₂-V₁

ΔV₃＝V₃-V₂

……

ΔV₂₀＝V₂₀-V₁₉

求得S－1个读数差，以便后续的计算。当i＝1时，ΔV₁为第1张表盘图像对应的读数与第 0张表盘图像对应的读数之差，没有第0张表盘图像，因此，从第2张表盘图像对应的读数与 第1张表盘图像对应的读数之差开始计算，即不存在ΔV₁。

步骤4：计算步骤3中S－1个读数差的平均值，具体计算公式为：

其中，为每组图像对应的S－1个读数差的平均值。对于第一组图像，对应的S－1个 读数差的平均值为/>对于第二组图像，对应的S－1个读数差的平均值为/>依次类推， 对于第n组图像，对应的S－1个读数差的平均值为/>

步骤5：根据步骤4中S－1个读数差的平均值、脉冲当量以及上一脉冲数的余数计算当前 组图像对应的脉冲数和余数，并将该脉冲数传输给后台，余数用于下一组图像对应的脉冲数的 计算。

由于平均值不一定为脉冲当量P的整数，导致脉冲数ΔN_n不一定是整数(存在余数)， 为了使脉冲数为整数，将余数计入下一脉冲数的计算：

其中，N_n为当前组图像对应的脉冲数，为当前组图像对应的S－1个读数差的平均 值，P为脉冲当量，C_n-1为上一组图像对应的读数差的平均值/>转换成脉冲数时的余数(即上一脉冲数N_n-1对应的余数)，/>[]为取整符号。同理，上一脉冲数对应的余数C_n-1计入当前脉冲数N_n的计算，当前脉冲数据对应的余数C_n计入下一脉冲数N_n+1的计算。对于第一个脉冲数的计算，由于余数C₀不存在，则第一脉冲数/>如此循环，直到所有表盘图像转换成脉冲数，并完成脉冲数的连续输出。

步骤6：由第二张表盘图像至第S+1张表盘图像构成下一组图像，对该下一组图像中的每 张表盘图像分别进行图像识别处理，得到每张表盘图像对应的读数。

本实施例中，每组图像中的表盘图像数量均为S张，第一组图像由第一张表盘图像至第S 张表盘图像组成，第二组图像则是去掉第一张表盘图像，增加第S+1张表盘图像，即第二组图 像由第二张表盘图像至第S+1张表盘图像组成，第三组图像则是去掉第一张表盘图像，增加第 S+2张表盘图像，即第三组图像由第三张表盘图像至第S+2张表盘图像组成，依次类推，拍 摄装置不断获取表盘图像，由此构成多组图像。每组图像对应一个脉冲数，每组图像转换成一 个脉冲数N_n的时间相等，自表盘图像开始采集起，到获取第一组图像止(即在前S×t₀内无脉 冲输出，t₀为采样时间间隔)，无脉冲输出；自获取到第一组图像开始，每组图像转换成对应的 脉冲数，并将脉冲数输送给后台，实现脉冲数的连续输出。

步骤7：依次循环执行步骤3～6，以此类推，直到完成所有表盘图像到脉冲数的转换和传 输。

本实施例还提供一种指针式计量器具表盘图像转换系统，包括：

图像获取单元，用于获取指针式计量器具的表盘图像。

利用摄像头或相机等拍摄装置采集指针式计量器具的表盘图像。本实施例中，指针式计量 器具包括水表、电表等。采样时间间隔根据实际需求设置，例如设采样时间间隔为3ms。

拍摄装置根据采样时间间隔持续采集指针式计量器具的表盘图像，得到一序列表盘图像， 并将其发送给图像获取单元，图像获取单元再将表盘图像发生给系统内的其他单元进行对应的 处理。指针式计量器具表盘图像转换系统在硬件结构上可以为处理器、工控机、计算机等等具 有数据处理能力的设备。处理器可以是中央处理单元CPU，还可以是其他通用处理器、数字信 号处理器DSP、专用集成电路ASIC、现成可编程门阵列FPGA或其他可编程逻辑器件、分立 门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或该处理器也可以是任 何常规的处理器等，处理器是系统的控制中心，利用各种接口和线路连接拍摄装置和后台系统。

图像识别单元，用于对每组图像中的每张表盘图像分别进行图像识别处理，得到每张表盘 图像对应的读数；其中，每组图像的图像数量为S，由第一张表盘图像至第S张表盘图像构成 第一组图像，由第二张表盘图像至第S+1张表盘图像构成第二组图像，由第三张表盘图像至第 S+2张表盘图像构成第三组图像，以此类推。

第一计算单元，用于分别计算当前组图像中第i张表盘图像对应的读数与第i－1张表盘图 像对应的读数之差，得到S－1个读数差，其中，i＝1,2,3,…,S，如式(1)所示。

第二计算单元，用于根据所述第一计算单元输出的S－1个读数差计算该S－1个读数差的 平均值，如式(2)所示。

第三计算单元，用于根据所述第二计算单元输出的S－1个读数差的平均值、脉冲当量以及 上一脉冲数的余数计算当前组图像对应的脉冲数和余数，余数用于下一组图像对应的脉冲数的 计算，如式(3)所示。

本实施例还提出了一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理 器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上所述的指针式计量器具表盘 图像转换方法的步骤。

示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/ 单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元 可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所 述计算机设备中的执行过程。例如，所述计算机程序可以被分割成图像获取单元、图像识别单 元、第一计算单元、第二计算单元以及第三计算单元，各单元具体功能如上所述。

所述计算机设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述 计算机设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，指针式计量器 具表盘图像转换系统仅仅是计算机设备的示例，并不构成对计算机设备的限定，可以包括比系 统更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述计算机设备还可以包括 输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、 数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻 辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处 理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述 存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述指针式计量器具 表盘图像转换系统的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储 程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等) 等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存 储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬 盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)、 至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

所述计算机程序被处理器执行时实现所述指针式计量器具表盘图像转换方法的步骤。

所述指针式计量器具表盘图像转换系统集成的模块/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， 本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来 完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时， 可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机 程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读 介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、 磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM， Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计 算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如 在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发 明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种指针式计量器具表盘图像转换方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：等时间间隔持续采集并获取指针式计量器具的表盘图像；

步骤2：由第一张表盘图像至第S张表盘图像构成一组图像，对该组图像中每张表盘图像分别进行图像识别处理，得到每张表盘图像对应的读数；

步骤3：分别计算当前组图像中第i张表盘图像对应的读数与第i－1张表盘图像对应的读数之差，得到S－1个读数差，其中，i＝1,2,3,…,S；

步骤4：计算所述步骤3中S－1个读数差的平均值；其中，S－1个读数差的平均值的计算表达式为：

ΔV_i＝V_i-V_i-1

其中，为当前组图像对应的S－1个读数差的平均值，ΔV_i为第i张表盘图像对应的读数与第i－1张表盘图像对应的读数之差，V_i为第i张表盘图像对应的读数，V_i-1为第i－1张表盘图像对应的读数；

步骤5：根据所述步骤4中S－1个读数差的平均值以及脉冲当量计算当前组图像对应的脉冲数和余数，并将所述脉冲数传输给后台，所述余数用于下一组图像对应的脉冲数的计算；其中，脉冲数的计算表达式为：

其中，N_n为当前组图像对应的脉冲数，为当前组图像对应的S－1个读数差的平均值，P为脉冲当量，C_n-1为上一组图像对应的读数差的平均值/>转换成脉冲数时的余数，[]为取整符号，C_n-2为上上一组图像对应的读数差的平均值转换成脉冲数时的余数；

步骤6：由第二张表盘图像至第S+1张表盘图像构成下一组图像，对该下一组图像中的每张表盘图像分别进行图像识别处理，得到每张表盘图像对应的读数；

步骤7：依次循环执行步骤3～6，以此类推，直到完成所有表盘图像到脉冲数的转换和传输。

2.如权利要求1所述的指针式计量器具表盘图像转换方法，其特征在于，所述步骤2中，S为20。

3.一种指针式计量器具表盘图像转换系统，其特征在于，包括：

图像获取单元，用于获取指针式计量器具的表盘图像；

图像识别单元，用于对每组图像中的每张表盘图像分别进行图像识别处理，得到每张表盘图像对应的读数；其中，每组图像的图像数量为S，由第一张表盘图像至第S张表盘图像构成第一组图像，由第二张表盘图像至第S+1张表盘图像构成第二组图像，由第三张表盘图像至第S+2张表盘图像构成第三组图像，以此类推；

第一计算单元，用于分别计算当前组图像中第i张表盘图像对应的读数与第i－1张表盘图像对应的读数之差，得到S－1个读数差，其中，i＝1,2,3,…,S；

第二计算单元，用于根据所述第一计算单元输出的S－1个读数差计算该S－1个读数差的平均值；其中，S－1个读数差的平均值的计算表达式为：

ΔV_i＝V_i-V_i-1

其中，为当前组图像对应的S－1个读数差的平均值，ΔV_i为第i张表盘图像对应的读数与第i－1张表盘图像对应的读数之差，V_i为第i张表盘图像对应的读数，V_i-1为第i－1张表盘图像对应的读数；

第三计算单元，用于根据所述第二计算单元输出的S－1个读数差的平均值和脉冲当量计算当前组图像对应的脉冲数和余数，所述余数用于下一组图像对应的脉冲数的计算；其中，脉冲数的计算表达式为：

其中，N_n为当前组图像对应的脉冲数，为当前组图像对应的S－1个读数差的平均值，P为脉冲当量，C_n-1为上一组图像对应的读数差的平均值/>转换成脉冲数时的余数，[]为取整符号，C_n-2为上上一组图像对应的读数差的平均值转换成脉冲数时的余数。

4.一种计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1或2所述的指针式计量器具表盘图像转换方法。

5.一种存储介质，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如权利要求1或2所述的指针式计量器具表盘图像转换方法。