CN114202658A - 水表读数视频识别技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水表读数视频识别方法，包括水表和摄像头，并根据被识别水表型号预设水表表头外框圆的直径，将摄像头固定在水表的上方，实时摄取水表走数视频。首先根据已知的外框圆直径，通过霍夫圆检测法寻找水表外框圆的位置和圆心；其次在外框圆内通过霍夫圆检测法，寻找出所有读数圆的位置以及圆心位置，然后根据已知的被读数圆的位置确定被读数圆；然后通过角点检测法在被读数圆内识别出被读数圆的圆心和其指针指尖的位置，并根据圆心和指针指尖两点所形成的向量所转动的角度来确定被读数圆的实际计数；最后通过被读数圆的实际计数换算得到水表的走数。

Description

水表读数视频识别技术

技术领域

本发明涉及水表读数识别领域，尤其涉及一种水表读数视频识别技术。

背景技术

水表检定是计量技术机构和水表生产厂家进行水表生产及测试的必备技术。为了提高用户使用的体验，在水表出厂前需要对水表进行读数归零，具体操作方式为：通过人工确认水表读数，确定对应数量的走数，然后通过实际走水将水表读数归零。其中的问题在于，整个系统需要同时归零大量的水表，水压导致流速的变化，致使无法通过时间准确的确定水表的实际走数，当水表的读数达到归零值附近后需要人工再次确认读数以停止水表走数。

针对上述问题的解决方法是，通过实时监测确认水表读数，当达到归零值后自动停止。而现有技术中实现前述方法的方式是通过视频方式，自动化的对水表实现读数，其工作原理是：通过摄像头获取水表的图像信号，图像信号经计算机处理并识别后，获得水表的示值，当监测到水表示值归零后自动关闭走水，从而实现水表归零的自动化。然而由于所有水表读数的数字并不在同一条线上，会出现上下偏移的情况，且在水表通水后，表内的视线变暗，使得其对图像识别OCR的精度大大的提高，设备硬件成本和软件成本也随之大幅度提高。同时，由于可能出现的表内浮动气泡的影响，即使使用了较高精度的图像识别，也无法得到准确的数字，，可靠性大大下降，结果只能采用人工二次校验确定最终的归零效果，影响水表的检定效率。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种通过识别读数圆计算水表走水量的水表读数视频识别技术。

为了到达上述目的，本发明设计的水表读数视频识别技术，包括水表和摄像头，并根据被识别水表型号预设水表表头外框圆的直径、外框圆内读数圆的数量以及被读数圆在所有读数圆中的相对位置，将摄像头固定在水表的上方，实时摄取水表走数视频，摄像头图像识别刷新频率设为30赫兹，然后按以下步骤实时处理视频文件：

步骤1、根据已知的外框圆直径，通过霍夫圆检测法寻找水表外框圆的位置和圆心；

步骤2、在外框圆内通过霍夫圆检测法，寻找出所有读数圆的位置以及圆心位置，然后根据已知的被读数圆的位置确定被读数圆；

步骤3、通过角点检测法在被读数圆内识别出被读数圆的圆心和其指针指尖的位置，并根据圆心和指针指尖两点所形成的向量所转动的角度来确定被读数圆的实际计数；

步骤4、通过被读数圆的实际计数换算得到水表的走数。

这种方法的特点是替代原有的直接对数字框识别的方法，而选择通过识别水表内小读数圆内的指针旋转的度数来计算水表读数，从而可以忽略因为气泡等因素而导致的水表读数困难的问题。

进一步的方案是，所述的步骤1中霍夫圆检测法寻找外框圆时，通过多次检测，并不断收敛，确定水表表面为最终的检测得到的外框圆。此方法通过多次收敛检测，准确的找到水表表面圆，从而排除外侧圆所带来的干扰。

进一步的方案是，所述的步骤2中的摄像头通过霍夫圆检测法先检测到外框圆的圆心，再在外框圆内检测到多个圆形，通过多个圆形与外框圆的圆心距离关系判断是否为读数圆，根据读数圆与外框圆的圆心的角度关系判断确定最终的被读数圆。这个方法的目的是为了通过外框圆的圆心与各读数圆心之间的相对位置来排除识别到的非目标读数圆，从而可以通过正反验证确定读数圆的唯一性。

所述的步骤2同样可以通过预设被读数圆在外框圆中的扇形区域位置得方式来实现，直接在扇形区域内寻找被读数圆，然后根据已知的多个读数圆之间的相对位置判断扇形区域内的圆是否是测试所需要的被读数圆，当检测得到非被读数圆时发出警报。这个方法的效果是通过事先设定的扇形区域来减少识别范围，从而更快地找到读数圆。

进一步的方案是，所述的步骤3对被读数圆进行实际计数时，以读数圆上指针最初的位置为零刻度，再根据读数圆上指针所转动的总角度数以及相对应的单位换算计算出水表上所通过的水的总量。

进一步的方案是，所述的步骤3对被读数圆实际计数时，通过判断连续两次识别之间指针的度数之间的差值是否大于阈值来排除返跳现象所带来的干扰。

更进一步的方案是，所述的步骤3的读数圆在进行指针的识别时根据不同情况采取不同的方法，当读数圆的指针与外圆的颜色不同时，提取读数圆圆心的颜色为拾取色，并将拾取色作为提取对象从而提取出指针的外轮廓，再对其他图像擦除处理，最后通过角点检测法找出指针的针尖点；当读数圆的指针与外圆读数颜色相同时，先对图像进行二值化处理，然后对读数圆内部进行最大轮廓提取，把其他的图像擦除，从而提取出指针的最大轮廓，最后通过角点检测法找出指针的针尖点。通过两种不同的方法应对不同的读数圆的情况，从而提高本发明的适用范围。

本发明所设计的水表读数视频识别技术，主要通过霍夫圆检测和角点检测两种方法，确定水表内读数圆的运动变化，并通过运动变化技术最终得到的水表的走量。其另辟蹊径，避免了直接读取水表读数对图像识别算法要求高的缺陷，同时也排除了水表水汽、气泡等因素对读数的影响，这种方法简便易实现，只需记录一个读数圆的指针转动就能计算出水表所走过的水量，具有方法设计合理，运算简单，对硬件要求低，成本低的优点。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为实现预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

实施例1。

本实施例描述的水表读数视频识别技术，包括水表和摄像头，并根据被识别水表型号预设水表表头外框圆的直径、外框圆内读数圆的数量以及被读数圆在所有读数圆中的相对位置，同时确定读数圆中的指针与外圆的颜色不同。然后将摄像头固定在水表的上方，实时摄取水表走数视频，摄像头图像识别刷新频率设为30赫兹，然后按以下步骤实时处理视频文件：

步骤1、根据测量出的已知的最内层外框圆直径，通过霍夫圆检测法寻找水表外框圆的位置和圆心，多次检测，并不断收敛，确定水表表面为最终的检测得到的外框圆。

步骤2、在外框圆内通过霍夫圆检测法，寻找出所有外框圆内的小圆，然后测量所有得到的小圆圆心与外框圆圆心的距离，将多个与外框圆圆心距离一致的小圆确定为读数圆，在根据已知最终的读数圆在所有读数圆中的顺序关系，判断出最终所需的读数圆。

步骤3、提取最终的读数圆圆心的颜色为拾取色，并将拾取色作为提取对象从而提取出指针的外轮廓，再对其他图像擦除处理，最后通过角点检测法找出指针的针尖点以及读数圆的圆心。并根据圆心和指针指尖两点所形成的向量所转动的角度来确定被读数圆的实际计数；在对被读数圆进行实际计数时，以读数圆上指针最初的位置为零刻度，再根据读数圆上指针所转动的总角度数以及相对应的单位换算计算出水表上所通过的水的总量。水表在测试时有时会出现指针返跳现象，通过判断连续两次识别之间指针的度数之间的差值是否大于阈值60°来排除返跳现象所带来的干扰。

步骤4、通过被读数圆的实际计数换算得到水表的走数。

实施例2。

本实施例所述的水表读数视频识别技术，包括水表和摄像头，并根据被识别水表型号预设水表表头外框圆的直径、外框圆内读数圆的数量以及被读数圆在所有读数圆中的相对位置为顺时针第二个读数圆，并以外框圆的圆心为中心设定扇形区域的大小和位置，同时确定读数圆中的指针与外圆的颜色相同。然后将摄像头固定在水表的上方，实时摄取水表走数视频，摄像头图像识别刷新频率设为30赫兹，然后按以下步骤实时处理视频文件：

步骤1、根据已知的外框圆直径，通过霍夫圆检测法寻找水表外框圆的位置和圆心；多次检测，并不断收敛，确定水表表面为最终的检测得到的外框圆。

步骤2、直接在预设被读数圆在外框圆中的扇形区域进行霍夫圆检测寻找最终的读数圆，然后进一步在最终的读数圆的逆时针的一侧检测其他的读数圆，若只能检测到一个读数圆则进行步骤3，若检测到多个读数圆或无法检测到读数圆则说明有水表摆放偏转角度超出可检测范围，将直接影响到识别以及回零走水效果，发出警报提示人为干预。

步骤3、先对最终读数圆的图像进行二值化处理，然后对读数圆内部进行最大轮廓提取，把其他的图像擦除，从而提取出指针的最大轮廓，最后通过角点检测法找出指针的针尖点和最终读数圆的圆心。在对被读数圆进行实际计数时，以读数圆上指针最初的位置为零刻度，再根据读数圆上指针所转动的总角度数以及相对应的单位换算计算出水表上所通过的水的总量。水表在测试时有时会出现指针返跳现象，通过判断连续两次识别之间指针的度数之间的差值是否大于阈值来排除返跳现象所带来的干扰。

步骤4、通过被读数圆的实际计数换算得到水表的走数。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简介修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种水表读数视频识别方法，其特征在于，包括水表和摄像头，并根据被识别水表型号预设水表表头外框圆的直径、外框圆内读数圆的数量以及被读数圆在所有读数圆中的相对位置，将摄像头固定在水表的上方，实时摄取水表走数视频，然后按以下步骤实时处理视频文件：

步骤1、根据已知的外框圆直径，通过霍夫圆检测法寻找水表外框圆的位置和圆心；

步骤2、在外框圆内通过霍夫圆检测法，寻找出所有读数圆的位置以及圆心位置，然后根据已知的被读数圆的位置确定被读数圆；

步骤3、通过角点检测法在被读数圆内识别出被读数圆的圆心和其指针指尖的位置，并根据圆心和指针指尖两点所形成的向量所转动的角度来确定被读数圆的实际计数；

步骤4、通过被读数圆的实际计数换算得到水表的走数。

2.根据权利要求1所述的水表读数视频识别技术，其特征在于，所述的步骤3对被读数圆进行实际计数时，以读数圆上指针最初的位置为零刻度，再根据读数圆上指针所转动的总角度数以及相对应的换算单位计算出水表上所通过的水的总量。

3.根据权利要求1所述的水表读数视频识别技术，其特征在于，所述的摄像头图像识别刷新频率为30赫兹。

4.根据权利要求1所述的水表读数视频识别技术，其特征在于，所述的步骤1中霍夫圆检测寻找外框圆时，通过多次检测，并不断收敛，确定水表表面为最终的检测得到的外框圆。

5.根据权利要求1所述的水表读数视频识别技术，其特征在于，所述的步骤3对被读数圆实际计数时，通过判断连续两次识别之间指针的度数之间的差值是否大于阈值来排除返跳现象所带来的干扰。

6.根据权利要求1所述的水表读数视频识别技术，其特征在于，预设被读数圆在外框圆中的扇形区域位置，在所述的步骤2时，直接在扇形区域内寻找被读数圆，然后根据已知的多个读数圆之间的相对位置判断扇形区域内的圆是否是测试所需要的被读数圆，当检测得到非被读数圆时发出警报。

7.根据权利要求1所述的水表读数视频识别技术，其特征在于，所述的步骤2中的摄像头通过霍夫圆检测法先检测到外框圆的圆心，再在外框圆内检测到多个圆形，通过多个圆形与外框圆的圆心距离关系判断是否为读数圆，根据读数圆与外框圆的圆心的角度关系判断确定最终的被读数圆。

8.根据权利要求1所述的水表读数视频识别技术，其特征在于，所述的步骤3的读数圆在进行指针的识别时根据不同情况采取不同的方法，当读数圆的指针与外圆的颜色不同时，提取读数圆圆心的颜色为拾取色，并将拾取色作为提取对象从而提取出指针的外轮廓，再对其他图像擦除处理，最后通过角点检测法找出指针的针尖点；当读数圆的指针与外圆读数颜色相同时，先对图像进行二值化处理，然后对读数圆内部进行最大轮廓提取，把其他的图像擦除，从而提取出指针的最大轮廓，最后通过角点检测法找出指针的针尖点。