基于图像处理的指针式仪表识别技术研究与系统设计

摘要

指针式仪表作为一种测量仪器，广泛应用于社会生产生活中的各种领域，并发挥着举足轻重的作用。目前，对指针式仪表的读数主要由人工判读来完成，然而这种方法受人为因素的影响大、可靠性差、效率低。针对传统人工判读的局限性，本文对指针式仪表的自动识别进行了研究。
　　本文以变电站中的指针式仪表为研究对象，利用数字图像处理技术，设计了一种基于图像处理的指针式仪表自动识别系统。首先，针对变电站环境对摄像头安装方位的限制以及仪表图像存在视角、尺度、旋转、平移等变换的问题，对变电站中的指针式仪表建立了各自的模板图像与先验信息，并研究了基于特征点求解图像间透视变换关系的方法，采用基于ORB特征提取与LSH特征匹配的方法，来求解仪表模板图像与待测图像间的透视变换关系；接着，分析变电站环境中常见的噪声和干扰，对仪表图像进行了预处理，包括灰度化处理、高斯平滑、中值滤波和图像锐化增强；然后，对指针式仪表的指针定位方法进行了研究，根据表盘的灰度信息，提出一种新的基于圆周区域的累积直方图法(Circle-based Regional cumulative Histogram, CRH)对指针进行定位，由指针的偏转角度与量程的线性关系就得到了仪表的读数，并设计了一种基于CRH的仪表视频识别方案。最后，利用实验室数据与变电站数据分别对系统的性能进行了测试，并对系统的误差来源进行了分析。
　　实验结果表明，该系统能达到高精度和实时性的识别要求，并且对光照以及透视变换具有较好的鲁棒性，在电力系统的工程应用中，具有很好的应用价值和发展前景。

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第一章 绪论

§1.1 课题研究背景和意义

§1.2 国内外研究现状

§1.3 本文研究内容

§1.4 本文创新点

§1.5 本章小结

第二章 指针式仪表自动识别系统总体设计

§2.1 系统的组成

§2.2 指针式仪表图像的采集

§2.3 系统的软件设计方案

§2.4 本章小结

第三章 仪表模板图像与待测图像间的透视变换关系求解

§3.1 仪表模板图像及先验信息的建立

§3.2 基于特征点求解图像间的透视变换关系

§3.3 比较SIFT、SURF和ORB算法的性能

§3.4 基于ORB特征求解仪表模板图像与待测图像间的透视变换关系

§3.5 本章小结

第四章 仪表图像预处理

§4.1 仪表图像灰度化

§4.2 仪表图像的平滑滤波

§4.3 仪表图像的锐化处理

§4.4 本章小结

第五章 仪表指针定位与读数识别

§5.1 Hough变换法定位指针

§5.2 CRH定位指针与识别读数

§5.3 基于CRH的仪表视频识别

§5.4 本章小结

第六章 实验与结果分析

§6.1 系统的软件界面

§6.2 实验室数据测试结果

§6.3 变电站数据测试结果

§6.4 系统误差来源分析

§6.5 本章小结

第七章 总结

参考文献

致谢

作者在攻读硕士期间的主要研究成果

附录 论文部分程序代码