基于图像处理的指针式仪表示值识别的研究

摘要

指针式仪表以其精度高、读取简单、可设置等优点在工业和控制领域得到了广泛的应用。由于指针式仪表不是数字信号，不能被采集到计算机系统，而且传统的仪表示数读取都是采用人工判读的方式，这其中往往因为人为等外界不可避免因素而导致示数结果精度低、可靠性差等问题。所以如何利用计算机对指针仪表进行自动判读，已成为自动化控制急需解决的问题;特别是在一些需要人工读取仪表数据的测量现场，亟需指针式仪表的自动示数识别。为解决这些问题，在大量研究及总结相关文献的基础上，通过引入计算机视觉技术，本文提出指针式仪表的定位和数字判别新方法。
　　在指针式仪表的示数识别中，数字的定位与识别是整个识别处理流程中最关键的步骤。是否具有良好的实时性以及是否高效地适应多种硬件平台，是衡量一个数字识别方法是是否成功的非常关键因素。
　　在传统的指针式仪表指针定位中，都是基于圆扫描法进行的。圆扫描法的关键就是需要在测量前确定指针的中心。但是由于像素坐标的转化，进行四舍五入或是其它预处理等原因都会引入误差，最终会使得测量结果存在不同程序的偏心误差，从而无法稳定、准确地获取刻度线的数据。所以针对以上问题，提出了基于坐标系变换的列直线扫描方法。首先通过直角坐标系到极坐标的变换，将图像矩阵转换到极坐标系中，即把曲面判别问题转换成水平图像处理。之后它根据图中的刻度线总是垂直于横坐标轴这一特性，通过对操作后的表盘图像进行由左到右，由上至下的列直线扫描可以获得准确的刻度线信息。
　　目前指针式仪表的示数识别大多采用特征匹配或神经网络的方法进行处理。这些方法存在着运算量大、复杂度高、对硬件平台实时性要求强等缺点。本文提出了一种新的指针式仪表示数识别方法。它首先基于改进的重心位置，对0-9的数字进行分组;然后依次对三组中的数字采用垂直线特征和水平方向投影，最后对各组中的数字进行精确识别。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 计算机视觉在工业生产中的应用

1．3 国内外研究现状

1．4 论文主要安排

1．5 本章小结

第二章 指针式仪表图像预处理

2．1 彩色图像的灰度化

2．2 图像增强

2．2．1 图像平滑

2．2．2 Laplace锐化

2．3 表盘区域的提取

2．3．1 图像分割

2．3．2 阈值的确定

2．3．3 表盘区域的分割和提取

2．3．4 细化

2．4 本章小结

第三章 指针式仪表的数字定位研究

3．1 指针位置的检测

3．1．1 霍夫变换检测法

3．1．2 最小二乘法检测法

3．1．3 指针的旋转中心

3．2 基于坐标系变换的直线扫描法研究

3．2．1 圆扫描法

3．2．2 改进的直线扫描法

3．3 基于坐标系变换的指针式仪表数字定位方法

3．3．1 数字的提取

3．3．2 定位数字

3．4 实验与结果分析

3．5 本章小结

第四章 指针式仪表的数字识别研究

4．1 数字特征的提取

4．1．1 数字特征分类

4．1．2 常用的数字特征提取方法

4．2 基于像素扫描的指针式仪表数字识别方法

4．2．1 改进的数字重心计算方法

4．2．2 垂直线交点数

4．2．3 水平投影特征集

4．2．4 基于简单行扫描及水平投影的数字识别方法

4．3 实验结果与分析

4．4 本章小结

第五章 指针式仪表示值识别软件的实现

5．1 软件开发环境分析

5．2 软件系统结构

5．2．1 图像获取模块

5．2．2 图像预处理模块

5．2．3 核心模块部分

5．2．4 保存功能

5．3 软件测试

5．3．1 软件功能

5．4 本章小节

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢