TWI714924B - 類比計量器之指針之指向的辨識方法及其影像擷取設備 - Google Patents

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Abstract

本案係為一種辨識方法，適用於辨識類比計量器之指針的指向，辨識方法包含：(a)擷取類比計量器之原始數位影像；(b)根據原始數位影像之至少一性質產生調整數位影像；(c)從調整數位影像決定指針之近似輪廓；(d)由近似輪廓決定第一參考點；以及(e)根據第一參考點選擇近似輪廓上之第二參考點，並利用第一參考點及第二參考點決定指針的指向

Description

類比計量器之指針之指向的辨識方法及其影像擷取設備
本案係為一種辨識方法，尤指一種類比計量器之指針之指向的辨識方法及其影像擷取設備。
在習知技術中，類比計量器，例如氣壓錶、自來水錶、電壓錶、油壓錶及溫度錶等，由於皆須以人工方式來進行指針之指向的判讀，才能得知指針所指之刻度，導致須耗用大量人力，且常有誤判斷之可能。
因此，如何發展一種可改善上述習知技術缺失之類比計量器之指針之指向的辨識方法及其影像擷取設備，實為相關技術領域者目前所迫切需要解決之問題。
本案之一目的在於提供一種類比計量器之指針之指向的辨識方法及其影像擷取設備，其中該辨識方法係擷取類比計量器之原始數位影像，進而利用原始數位影像辨識出類比計量器之指針的指向，俾解決習知技術中須以人工方式判讀類比計量器之指針的指向，導致耗用大量人力，且常有人為誤判之缺失。
為達上述目的，本案之一較廣義實施樣態為提供一種辨識方法，適用於辨識類比計量器之指針的指向，辨識方法包含：(a)擷取類比計量器之原始數位影像；(b)根據原始數位影像之至少一性質產生調整數位影像；(c)從調整數位影像決定指針之近似輪廓；(d)由近似輪廓決定第一參考點；以及(e)根據第參考點選擇近似輪廓上之第二參考點，並利用第一參考點及第二參考點決定指針的指向。
為達上述目的，本案之另一較廣義實施樣態為提供一種影像擷取設備，適用於前述辨識方法，影像擷取設備包含感光元件；光學鏡頭，與感光元件連接，用以擷取類比計量器成像於該感光元件上之原始數位影像；中央處理器；以及影像核心系統，係與光學鏡頭以及該中央處理器連接，且具有應用程式模組；其中該步驟(a)係由光學鏡頭與感光元件所實現， 步驟(b)至步驟(e)係在影像核心系統上經由中央處理器選擇性執行應用程式模組所實現。
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非架構於限制本案。
請參閱第1圖、第2圖、第3A圖、第3B圖及第3C圖，其中第1圖係為本案第一較佳實施例之辨識方法的步驟流程圖，第2圖係為第1圖所示之辨識方法所應用之影像擷取設備的架構示意圖，第3A圖係為第1圖所示之辨識方法所擷取到之類比計量器之原始數位影像的示意圖，第3B圖係為第3A圖所示之原始數位影像經調整而形成之調整數位影像的示意圖，第3C圖為第3B圖所示之調整數位影像的實際照片圖。如圖所示，本實施例之辨識方法係適用於影像擷取設備1中，用以自動地辨識出類比計量器2之指針之指向，其中影像擷取設備1可為具有影像擷取功能之電子設備，例如手機、平板電腦等等，類比計量器2則可為氣壓錶、自來水錶、電壓錶、油壓錶或溫度錶等。以下將以影像擷取設備1為手機，而類比計量器2為氣壓錶來示範性說明本案之技術。
於本實施例中，影像擷取設備1包含感光元件10、光學鏡頭11、中央處理器(CPU)12以及影像核心系統13。感光元件10可由光電耦合元件(CCD)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)所構成。光學鏡頭11係與感光元件10及影像核心系統連接，用以擷取類比計量器2成像於感光元件10上之原始數位影像3，其中擷取後之原始數位影像3即如第3A圖所示，包含類比計量器2之指針之指針圖形20及刻度圖形等。中央處理器12用以提供影像擷取設備1所需之運算及控制等功能。影像核心系統13係與感光元件10以及中央處理器12連接，用以利用中央處理器12而對成像於感光元件10上之原始數位影像3進行影像相關處理功能，例如影像格式轉換及/或影像的辨識等，且具有應用程式模組，該應用程式模組可載入於中央處理器12中。
於一些實施例中，影像擷取設備1更可包含顯示單元14、網路單元15以及儲存單元16。顯示單元14係與影像核心系統13連接，用以顯示經影像核心系統13處理的數位影像。網路單元15用以將影像擷取設備1的內部的相關資訊利用網路的方式上傳至雲端17。儲存單元16提供影像擷取設備1所需的儲存功能。
本實施例之辨識方法則如第1圖所示，首先，執行步驟S1，即擷取類比計量器2之原始數位影像3。在步驟S1中，係利用影像擷取設備1之感光元件10與光學鏡頭11的相互搭配來達成。
接著，執行步驟S2，根據原始數位影像3之至少一性質產生調整數位影像4。由於原始數位影像3的處理及調整需藉由影像核心系統13來進行，因此在步驟S2中，係藉由影像核心系統13先對原始數位影像3之至少一性質，例如影像格式及/或影像顏色等等，進行調整，藉此產生例如第3B圖所示之調整數位影像4，如此一來，調整數位影像4便能被影像核心系統13再進一步處理或辨識，其中調整數位影像4同樣包含著指針圖形20。
然後，執行步驟S3，從調整數位影像4決定類比計量器2之指針之近似輪廓。由於調整數位影像4中可能存在著除了指針圖形20外的其它不同輪廓的圖形，因此在步驟S3中，係從調整數位影像4所具有的全部圖形輪廓中決定相似於類比計量器2之指針之近似輪廓，即指針圖形20。
接著，執行步驟S4，由指針之近似輪廓(指針圖形20)決定第一參考點。最後，執行步驟S5，根據第一參考點選擇近似輪廓上之第二參考點，進而利用第一參考點及第二參考點決定指針的指向。
由上可知，本案之辨識方法乃適用於影像擷取設備1中，藉由影像擷取設備1來擷取類比計量器2之原始數位影像3，再利用原始數位影像3進行相關的運算及處理，藉此可自動地決定出類比計量器2之指針的指向，因此相較於習知需以人工方式來進行指針之指向的判讀，本案之辨識方法及其影像擷取設備1不但無需耗費大量人力，更可避免人為誤判之情況發生。
在上述實施例中， 步驟S2至步驟S5可在影像核心系統13上由中央處理器12選擇性執行應用程式模組所實現。此外，當步驟S5決定出指針的指向後，則可利用網路單元15將指針的指向上傳至雲端17，以進行資料的建立。
於一些實施例中，影像核心系統13之應用程式模組可為但不限於開放源電腦視覺程式庫(OpenCV)，其係包含圖像處理、電腦視覺及/或影像辨識等相關程式，然由於開放源電腦視覺程式庫為既有的程式庫，故於此不再贅述其功能。
請參閱第4圖，並配合第1圖、第2圖、第3A圖及第3B圖，其中第4圖係為第1圖所示之步驟S2之子步驟的步驟流程圖。如圖所示，於一些實施例中，步驟S2更包含子步驟S20及S21，其中在步驟S1執行完後，即執行子步驟S20，根據原始數位影像3之至少一性質而將原始數位影像3轉換為特定影像格式的暫態影像。舉例而言，當應用程式模組為開放源電腦視覺程式庫時，則在子步驟S20中，係將原始數位影像3的原始格式最終轉換為符合開放源電腦視覺程式庫所能處理之HSV MAT 格式，以形成暫態影像。更進一步而言，若原始數位影像3的原始格式為YUV格式，則在子步驟S20中，可例如將YUV格式，依Y(亮度，Luminance)、U及V(色度，Chrominance)的三個性質轉換為RGB格式，再轉換為MAT 格式，最終再轉換為HSV MAT 格式，然上述內容僅為示範性說明，可依實際需求而有不同的轉換格式及轉換順序。
當子步驟S20執行完後，則執行子步驟S21，即保留預先設定之暫態影像之至少一預定顏色，並且濾除暫態影像中其餘的顏色，以形成調整數位影像4。由於原始數位影像3除了包含指針圖形20外，更包含了其它圖形，例如刻度圖形、標誌(Logo) 圖形等，該些圖形的顏色可能與指針圖形20的顏色相異，其中為了可較為精確地在所有圖形中決定出指針圖形20，進而決定出數位計量器2之指針的指向，在子步驟S21中，係保留預先設定暫態影像之預定顏色，例如保留與指針圖形20相同之顏色，而將不同於指針圖形20的顏色的其它顏色濾除掉，因此例如第3A圖所示，原始數位影像3可包含黑色(在第3A圖中係以實線表示)及藍色(在第3A圖中係以虛線表示)不同顏色的圖形，當子步驟S21執行後，則如第3B圖所示，調整數位影像4中僅存在包含指針圖形20的黑色的圖形，而調整數位影像4的實際成像圖則如第3C圖所示，調整數位影像4中僅存在包含與指針圖形20相同顏色的圖形
於一些實施例中，子步驟S20及子步驟S21可經由中央處理器12載入開放源電腦視覺程式庫的應用程式介面(Application Programming Interface；API)來實現。
請參閱第5圖，並配合第1圖、第2圖、第3A圖、第3B圖及第3C圖，其中第5圖係為第1圖所示之步驟S3之子步驟的步驟流程圖。如圖所示，於一些實施例中，步驟S3更包含子步驟S30及S31，其中在步驟S2執行完後，即執行子步驟S30，從調整數位影像4中找出複數個邊緣。由於第3B圖所示之調整數位影像4中存在複數個封閉輪廓特性之圖形物件，例如指針圖形20等，故在步驟S30中，便可為但不限於利用邊緣檢測方式而從調整數位影像4中找出具有封閉輪廓特性之複數個邊緣。當子步驟S30執行完後，則執行子步驟S31，即從複數個邊緣中決定類比計量器2之指針之近似輪廓。由於在類比計量器2中，一般是指針具有最大的面積，因此在步驟S31中，實際上在複數個邊緣中尋找具有最大面積的邊緣，進而決定具有最大面積的邊緣為類比計量器2之指針之近似輪廓。
於一些實施例中，子步驟S30及子步驟S31可經由中央處理器12載入開放源電腦視覺程式庫的應用程式介面來實現。
請參閱第6圖，並配合第1圖、第2圖、第3A圖、第3B圖及第3C圖，其中第6圖係為第1圖所示之步驟S5之子步驟的步驟流程圖。如圖所示，於一些實施例中，第一參考點可為但不限於近似輪廓之像素質心點。此外，步驟S5更包含子步驟S50、S51及S52，其中在步驟S4執行完後， 即執行子步驟S50，根據質心像素點而在近似輪廓中找尋遠離質心像素點之遠離像素點，其中遠離像素點係構成第二參考點，且遠離像素點可為但不限於在近似輪廓之所有像素點中為最遠離質心像素點之像素點。接著，執行子步驟S51，由質心像素點與遠離像素點，找出連接質心像素點與遠離像素點之第一直線，其中第一直線實質上可為但不限於與類比計量器2之指針相平行。最後，執行子步驟S52，根據第一直線決定指針的指向。其中在子步驟S52中，可根據例如第一直線的傾斜角度而決定指針的指向。
於一些實施例中，子步驟S51可經由中央處理器12載入開放源電腦視覺程式庫的應用程式介面來實現。而子步驟S50及S52則是在影像核心系統13中藉由中央處理器12運算來實現。
請參閱第7圖，並配合第2圖，其中第7圖係為本案第二較佳實施例之辨識方法的步驟流程圖。如圖所示，本實施例之辨識方法除了包含相同於第1圖所示之步驟S1~S4外，更包含在步驟S1執行前所執行之步驟S70，及在步驟S5執行後所執行之步驟S71，其中步驟S70為從預設的表頭資料庫中選擇對應於類比計量器2之模擬表頭，其中類比計量器2之刻度表係與模擬表頭之刻度表相同。而步驟S71為將步驟S5所決定之指針的指向顯示在模擬表頭之刻度表上，以利用指針的指向在模擬表頭之刻度表上之位置判斷出指針在類比計量器2之刻度表上所指之刻度數值。
由上可知，藉由執行步驟S70及S71，因此本實施例之辨識方法不但可決定類比計量器2之指針的指向，更可自動判斷出指針在類比計量器2之刻度表上所指之刻度數值，如此一來，可提升類比計量器2之指針判讀的便利性。
於一些實施例中，預設的表頭資料庫可儲存於儲存單元16中。顯示單元14則可顯示模擬表頭及類比計量器2之指針在模擬表頭上之指向。當步驟S71判斷出指針在類比計量器2之刻度表上所指之刻度數值後，可利用網路單元15將指針的指向上傳至雲端17，以進行資料的建立。
請參閱第8圖，並配合第2圖，其中第8圖係為本案第三較佳實施例之辨識方法的步驟流程圖。如圖所示，本實施例之辨識方法除了包含相同於第1圖所示之步驟S1~S4外，更包含在步驟S5執行後所執行之步驟S80、S81及S82，其中步驟S80為利用影像辨識技術而從原始數位影像3中辨識出類比計量器2之刻度表上之所有刻度中的最大刻度數值與最小刻度數值。當執行完步驟S80後，則執行步驟S81，即由第一參考點與最大刻度數值找出連接第一參考點與最大刻度數值之第二直線，以及由第一參考點與最小刻度數值找出連接第一參考點與最小刻度數值之第三直線。最後，執行步驟S82，根據第二直線及第三直線，決定最大刻度數值及最小刻度數值之位置，進而利用指針的指向、最大刻度數值之位置及最小刻度數值之位置判斷出指針在類比計量器2之刻度表上所指之刻度數值。
於一些實施例中。當步驟S82判斷出指針在類比計量器2之刻度表上所指之刻度數值後，可利用網路單元15將指針的指向上傳至雲端17，以進行資料的建立。又於其它實施例中，步驟S80可經由中央處理器12載入開放源電腦視覺程式庫的應用程式介面來實現，而步驟S81及S82則是在影像核心系統13中藉由中央處理器12運算來實現。
綜上所述，本案係提供一種類比計量器之指針之指向的辨識方法及其影像擷取設備，其中辨識方法適用於影像擷取設備中，藉由影像擷取設備來擷取類比計量器之原始數位影像，再利用原始數位影像進行相關的運算及處理，故影像擷取設備可自動地決定出類比計量器2之指針的指向，進而判斷出指針在類比計量器2之刻度表上所指之刻度數值，因此相較於習知需以人工方式來進行指針之指向的判讀，本案之辨識方法及其影像擷取設備不但無需耗費大量人力，更可避免人為誤判之情況發生。
1‧‧‧影像擷取設備2‧‧‧類比計量器3‧‧‧原始數位影像4‧‧‧調整數位影像20‧‧‧指針圖形10‧‧‧感光元件11‧‧‧光學鏡頭12‧‧‧中央處理器13‧‧‧影像核心系統14‧‧‧顯示單元15‧‧‧網路單元16‧‧‧儲存單元17‧‧‧雲端S1~S5、S70~S71、S80~S82‧‧‧辨識方法之步驟S20~S21、S30~S31、S50~S52，‧‧‧子步驟
第1圖係為本案第一較佳實施例之辨識方法的步驟流程圖； 第2圖係為第1圖所示之辨識方法所應用之影像擷取設備的架構示意圖； 第3A圖係為第1圖所示之辨識方法所擷取到之類比計量器之原始數位影像的示意圖； 第3B圖係為第3A圖所示之原始數位影像經調整所形成之調整數位影像的示意圖； 第3C圖為第3B圖所示之調整數位影像的實際成像圖； 第4圖係為第1圖所示之步驟S2之子步驟的步驟流程圖； 第5圖係為第1圖所示之步驟S3之子步驟的步驟流程圖； 第6圖係為第1圖所示之步驟S5之子步驟的步驟流程圖； 第7圖係為本案第二較佳實施例之辨識方法的步驟流程圖； 第8圖係為本案第三較佳實施例之辨識方法的步驟流程圖。
S1~S5‧‧‧辨識方法之步驟

Claims (9)

  1. 一種辨識方法，適用於辨識一類比計量器之一指針的一指向，該辨識方法包含： (a)擷取該類比計量器之一原始數位影像； (b)根據該原始數位影像之至少一性質產生一調整數位影像； (c)從該調整數位影像決定該指針之一近似輪廓； (d)由該近似輪廓決定一第一參考點；以及 (e)根據該第一參考點選擇該近似輪廓上之一第二參考點，並利用該第一參考點及該第二參考點決定該指針的該指向。
  2. 如請求項1所述之辨識方法，其中該步驟(b)更包含子步驟: (b1)根據該原始數位影像之至少一性質而將該原始數位影像轉換為一特定影像格式的一暫態影像；以及 (b2) 保留預先設定之該暫態影像之至少一預定顏色，並且濾除該暫態影像中其餘的顏色，以形成該調整數位影像。
  3. 如請求項1所述之辨識方法，其中該步驟(c)更包含子步驟: (c1) 從該調整數位影像中找出複數個邊緣；以及 (c2)從複數個該邊緣中決定該指針之該近似輪廓。
  4. 如請求項1所述之辨識方法，其中該參考點為一質心像素點。
  5. 如請求項4所述之辨識方法，其中該步驟(e)更包含子步驟: (e1) 根據該質心像素點而在該近似輪廓中找尋遠離該質心像素點之一遠離像素點，其中該遠離像素點係構成該第二參考點； (e2) 由該質心像素點與該遠離像素點找出連接該質心像素點與該遠離像素點之一第一直線；以及 (e3) 根據該第一直線決定該指針的指向。
  6. 如請求項1所述之辨識方法，其中在步驟(a)執行前，更執行: (a1): 從預設的一表頭資料庫中選擇對應於該類比計量器之一模擬表頭，其中該類比計量器之一刻度表係與該模擬表頭之一刻度表相同。
  7. 如請求項6所述之辨識方法，其中在步驟(e)執行後，更執行: (f):將該步驟(e)所決定之該指針的該指向顯示在該模擬表頭之該刻度表上，以利用該指針的該指向在該模擬表頭之該刻度表上之位置判斷出該指針在該類比計量器之該刻度表上所指之刻度數值。
  8. 如請求項1所述之辨識方法，其中在步驟(e)執行後，更執行: (f) 利用影像辨識技術而從該原始數位影像中辨識出該類比計量器之一刻度表上之所有刻度中的一最大刻度數值與一最小刻度數值； (g)由該第一參考點與該最大刻度數值找出連接該第一參考點與該最大刻度數值之一第二直線，以及由該第一參考點與該最小刻度數值找出連接該第一參考點與該最小刻度數值之一第三直線；以及 (h)根據該第二直線及該第三直線，決定該最大刻度數值及該最小刻度數值之位置，進而利用該指針的該指向、該最大刻度數值之位置及該最小刻度數值之位置判斷出該指針在該類比計量器之該刻度表上所指之刻度數值。
  9. 一種影像擷取設備，適用於請求項1所述之辨識方法，該影像擷取設備包含: 一感光元件； 一光學鏡頭，與該感光元件連接，用以擷取該類比計量器成像於該感光元件上之該原始數位影像； 一中央處理器；以及 一影像核心系統，係與該感光元件以及該中央處理器連接，且具有一應用程式模組； 其中該步驟(a)係由該光學鏡頭與該感光元件所實現， 該步驟(b)至該步驟(e)係在該影像核心系統上經由中央處理器選擇性執行該應用程式模組所實現。
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