一种基于虚拟表盘的指针表读数识别方法技术

本发明专利技术公开了一种通过建立指针表虚拟表盘来识别读数的方法，属于机器视觉技术领域，方法主要包括：采集仪表图像、定位仪表指针旋转中心、检测仪表镜子圆弧半径、分割无指针刻度线区域图像、计算所有刻度线特征图像的质心、建立虚拟表盘、检测读数指针的直线方程、分割位于镜子与刻度线之间的指针部分图像、计算指针部分特征图像的质心、建立虚拟指针等步骤，再虚拟表盘和虚拟指针的基础上进行仪表读数识别。满足了用户准确快速识别指针表读数的需求，由于只需在首次识别时建立仪表的虚拟表盘，在后续读数识别过程中便可以根据虚拟指针进行快速准确的判读，进而提高了仪表读数识别的效率和速度，也可以保持较高的读数识别精度，消除了人为误差对读数的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机器视觉技术和仪器仪表
，具体涉及一种基于虚拟表盘的指 针表读数识别方法。
技术介绍
精密指针表读数直观、结构简单、使用方便且性价比高，在生产实践中得到了广泛 的应用。为了确保生产质量及生产安全，仪表需定期进行检定，确保其使用精度。因精密指 针表在读数时有特殊要求，所以人工检定过程耗时长，容易引入误差从而影响检定精度。 指针表读数自动识别经过多年的研究，基础理论和应用都有了一定的发展，工业 用低精度指针表读数自动识别已进入实用阶段；而目前尚未查到精密指针电工仪表（不低 于0.5级）读数自动识别系统的实际应用。每年有数以万计的精密指针表需要计量单位进 行检定，由于这类指针表读数识别的速度和精度问题还没有得到很好的解决，因此该类指 针表的检定工作目前只能全部由人工来完成，通常需要2~3个小时才能完成一块精密指 针表的检定工作。 要解决指针表读数识别的速度和精度问题核心在于其读数识别的方法。近年来研 究的一些方法都是通过霍夫变换来检测指针直线和刻度线的位置信息，但图像处理的计算 量，而且容易受到噪声干扰影响，检测得到的指针直线和刻度线位置信息不准确，严重影响 了读数识别的精度和速度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有指针表读数识别方法的不足，提出了一种基于虚拟表 盘的精密指针表读数识别方法。 为达到本专利技术的目的，根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术方 案，一种基于虚拟表盘的精密指针表读数识别方法，包括： (1)控制标准源输出一个小信号和一个大信号到仪表的信号输入端，指针停稳后 实时采集两幅读数指针夹角较大的仪表图像； (2)定位仪表图像指针的旋转中心； (3)检测仪表图像镜子的圆弧半径； (4)建立仪表的虚拟表盘； (5)仪表的信号输入端接到一个输入信号，指针停稳后实时采集的仪表图像； (6)建立虚拟指针； (7)根据虚拟表盘和虚拟指针计算识别仪表的当前读数。 其中，步骤（2)定位仪表图像指针的旋转中心包括如下步骤： (2A)通过差影法获得两幅仪表图像中的指针图像，方法如下：仪表图像②减去仪 表图像①获得仪表图像①中的仪表指针图像③；仪表图像①减去仪表图像②获得仪表图像 ②中的仪表指针图像④； (2B)将原图像与指针图像相加获得无指针仪表图像，方法如下：仪表图像①加上 (仪表图像①中的）仪表指针图像③获得无指针仪表图像⑤；仪表图像②加上（仪表图像 ②中的）仪表指针图像④获得无指针仪表图像⑤； (2C)预处理指针图像，方法如下：将彩色图像变换成为灰度图像；通过对灰度图 像进行灰度拉伸增强灰度图像的对比度；最后对灰度图像进行二值化处理； (2D)使用最小距离法对两条直线的特征图像进行直线拟合，获得两条指针直线方 程；通过两条指针直线方程求交点确定指针旋转中心的位置。 步骤（3)检测仪表图像镜子的圆弧半径包括如下步骤： (3A)采用Sobel算子对无指针仪表图像⑤进行边缘检测； (3B)然后对（3A)获得的结果图像进行灰度反转； (3C)再对（3B)获得的结果图像进行水平腐蚀和图像细化； (3D)为了提高获得刻度圆弧特征点的机率，还需要（3C)获得的结果图像进行边 缘跟踪； (3E)最后根据Hough变换检测（3D)获得的结果图像获得镜子的圆弧线，从而确定 镜子的圆弧半径。 步骤（4)建立仪表虚拟表盘包括如下步骤： (4A)在无指针仪表图像⑤上，可根据指针旋转中心和镜子圆弧的半径分割得到仪 表的无指针刻度线区域图像。 (4B)对无指针刻度线区域图像进行灰度转换、灰度拉伸和二值化可获得清晰的刻 度线二值化图像； (4C)通过最大连通域图像分割获得所有刻度线的特征图像； (4D)计算出各刻度线特征的质心； (4E)根据质心到指针旋转中心作连线，以此为相应的虚拟刻度线从而建立指针表 的虚拟表盘。 步骤（6)建立仪表虚拟指针包括如下步骤： (6A)将无指针仪表图像⑤与仪表图像作差影获得仪表图像中的指针图像； ^B)根据仪表指针的旋转中心和镜子的圆弧半径分割提取位于镜子与刻度线之 间的指针部分图像； 出〇对该部分指针图像进行灰度转换、灰度拉伸、二值化，然后通过最大连通域寻 找获得清晰的该部分指针二值化图像； ^D)计算出该部分指针特征的质心，再作质心到指针旋转中心的连线作为仪表当 前读数的虚拟指针。 步骤（7)根据虚拟表盘和虚拟指针计算识别仪表的当前读数。 对比现有技术，本专利技术具有如下优点： (1)本专利技术利用图像技术自动识别仪表指针，避免人工识别引入人为误差，降低了 精密指针表检定工作的劳动强度，提高了仪表检定的效率； (2)本专利技术基于人工识别的准则，采用点到点连线的方式建立虚拟表盘和虚拟指 针，大大减小了以往指针直线拟合引入的拟合误差，提高了识别结果的精度； (3)本专利技术可通过提取部分指针图像建立虚拟指针来识别仪表读数，大大提高了 读数识别的速度，缩短精密指针表的检定时间。 (4)最后可对获得的图像或读数识别结果进行存储及打印，方便仪表信息管理。【附图说明】 图1为本专利技术的硬件设备组成方框图； 图2为本专利技术的仪表读数识别流程图； 图3为本专利技术的仪表图像指针旋转中心定位流程图； 图4为本专利技术的仪表图像镜子圆弧半径检测流程图； 图5a为本专利技术的仪表虚拟表盘建立流程图； 图5b为本专利技术实施建立的虚拟表盘图； 图6为本专利技术的仪表虚拟指针建立流程图；【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术做进一步的说明。 实施本专利技术的一种硬件设备框图如附图1所示，包括计算机1、精密指针表2、光照 系统3、图像采集设备4、标准信号源5、打印机6和存储设备7,图像采集设备4、标准信号源 5、打印机6和存储设备7分别与计算机1连接，通过计算机1控制标准信号源5输出预定 较小的信号到精密指针表2,使精密指针表2的指针停在较小的偏转角，然后计算机1控制 图像采集设备4进行精密指针表图像实时采集获得小读数仪表图像，再次通过计算机1控 制标准信号源5输出预定较大的信号到精密指针表2,使精密指针表2的指针停在较大的偏 转角，然后计算机1控制图像采集设备4进行精密指针表图像实时采集获得大读数仪表图 像，对获得的两幅初始化仪表图像利用差影法获得大小读数的两条指针的特征图像和无指 针仪表图像，对指针特征图像预处理后，拟合两条指针直线求其交点便可确定指针的旋转 中心，再对无指针仪表图像进行预处理和圆弧检测确定半径，然后分割无指针刻度线区域 图像并求得各刻度线特征图像的质心建立虚拟表盘。 初始化完成后，通过计算机1控制标准信号源5输出预定的信号到精密指针表2， 使精密指针表2的指针停稳后，然后计算机1控制图像采集设备4进行精密指针表图像实 时采集获得当前读数的仪表图像，对获得的仪表图像与之前获得的无指针仪表图像进行差 影获得读数指针的特征图像，对指针特征图像预处理后，拟合得到指针直线，然后分割位于 刻度线与镜子之间的指针部分图像并求得特征图像的质心建立虚拟指针，最后进行比较计 算获得当前仪表指针所对应的读数。 本专利技术采用高分辨率的图像采集设备4进行精密指针表的图像采集，采集获得图 像和识别后得到的指针表读数等数据可以自动保存到存储设备7上，方便信息化管理，而 且根据具体应用，还可以随时将识别信息通过打印机6打印本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于虚拟表盘的指针表读数识别方法，其特征在于，包括如下步骤：通过刻度线图像的质心和指针旋转中心建立指针表的虚拟表盘；通过位于镜子与刻度线之间部分指针图像的质心和指针旋转中心建立指针表的虚拟指针；根据所述的虚拟指针和虚拟表盘，通过刻度匹配和线性插值进行仪表读数自动识别。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李学聪，汪仁煌，何昆鹏，万频，岳洪伟，明俊峰，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东;44