CN107463931A - 一种基于arm平台的实时指针仪表识读方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于ARM平台的实时指针仪表识读方法及装置，方法包括以下步骤：预置表盘圆心、刻度起始点与仪表总量程信息；表盘图像采集，调用图像采集设备采集指针仪表表盘图像；表盘图像预处理，使用3×3的高斯模板对图像过滤，消除部分噪声；表盘图像二值化，将彩色图像转换为灰度图，进行二值化操作，同时分割出指针区域；指针骨架提取，使用基于欧氏距离变换的新型骨架提取算法来进行指针细化；指针提取，利用基于Hough变换提取直线的方法提取线段；获取指针读数，根据找到的指针与表盘起始位置的角度差，计算当前指针所指向的示数。本发明可以提高相关仪表设备的运维效率，可以为企业或政府部门节省资金和人力。

Description

一种基于ARM平台的实时指针仪表识读方法及装置

技术领域

本发明涉及信号与信息处理技术领域，尤其涉及一种基于ARM平台的实时指针仪表识读方法及装置。

背景技术

指针式仪表是现代工业中的重要组成部分。因其高准确性、高可靠性与低成本，获得了广泛的应用。目前，仪表的数据主要依靠人工进行识读，精度差、间隔时间长、成本高昂。智能仪表识读方法可以利用图像分析算法实现仪表读数自动识别并传输至控制中心。

基于仪表识读的上述特点：它可以为政府或企业节省大量的人工费用，提高工作效率，降低企业成本。同时，还可以随时查看仪表读数，掌握设备运行状态，通过长期的数据搜集还可深入挖掘数据价值。

因此，现在许多政府部门或者企业开始接触指针仪表的智能识读。目前的仪表识读大多需要将指针仪表的数据传输至控制中心进行分析，大量的视图信息传输会造成网络带宽拥堵，增加信息传输成本，影响仪表识读***的正常使用。

为解决现有仪表识读方法中存在的上述问题，本专利发明提供了一种新的、有效的解决方法。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种基于ARM平台的实时指针仪表识读方法及装置，实现仪表示数的远程实时读取，降低设备运维成本，帮助设备运维人员随时了解设备状态。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于ARM平台的实时指针仪表识读方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、预置表盘圆心、刻度起始点与仪表总量程信息；

步骤二、表盘图像采集，调用图像采集设备，将采集的图片转换到YCbCr色彩空间，通过亮度Y成分判断是否需要打开LED补光灯，调节镜头焦距，采集指针仪表表盘图像；

步骤三、表盘图像预处理，使用3×3的高斯模板对图像过滤，消除部分噪声；

步骤四、表盘图像二值化，将彩色图像转换为灰度图，利用最大类间方差法将灰度图像进行二值化操作，同时分割出指针区域；

步骤五、指针骨架提取，基于欧氏距离变换后，获得经过细化后的指针；

步骤六、指针提取，利用基于Hough变换提取直线的方法提取线段；

步骤七、获取指针读数，根据找到的指针与表盘起始位置的角度差，计算当前指针所指向的示数。

进一步地，所述步骤三消除部分噪声中使用2次高斯模糊来消除噪声影响。

1、进一步地，

2、步骤五中，基于欧氏距离变换后，获得经过细化后的指针方法如下：通过像素点8领域像素值的局部比较得到该像素点类型，并由此确定骨架点的候选点，根据像素点类型，状态为strong的点生长为骨架；在生长状态为weak的点时，凡由weak点生长出来的骨架分支触碰到骨架边缘，则将此骨架分支删除；凡是生长出来的骨架分支垂直于之前生成的骨架的，则将此骨架分支删除；由上述规则生长得到骨架点后，获得经过细化后的指针。

进一步地，所述步骤六具体为：只保留圆心至线段所处直线距离小于5个像素点的线段，比较所有符合条件的线段长度，选取最长的线段为指针。

进一步地，所述步骤七计算当前指针所指向的示数具体为：判断当次识读结果与前次识读结果的差值是否大于阈值，是则舍弃本次结果，否则输出本次识读结果。

一种基于ARM平台的实时指针仪表识读装置，包括依次连接的图像采集设备、图像处理设备、数据传输模块、远程平台或数据采集终端，其中

图像采集设备，用于采集指针仪表表盘图像；

图像处理设备，其仪表图像识读服务模块进行图像的预处理、图像二值化、指针骨架提取、指针提取、角度判断、结果识读，获得仪表当前示数；

数据传输模块，用于将处理后的图像数据采用标准通用接口传输至远程平台或数据采集终端；

远程平台或数据采集终端，用于接收处理后的图像数据，做后期数据的分析与利用。

进一步地，所述图像处理设备进行图像的预处理流程时，使用3×3的高斯模板对图像过滤，消除部分噪声，使用2次高斯模糊来消除噪声影响。

所述图像处理设备进行图像的指针骨架提取流程时，基于欧氏距离变换后，

通过局部比较并快速地确定骨架点的候选点，再生长得到骨架点。

进一步地，所述图像处理设备进行图像的指针提取流程时，利用基于Hough变换提取直线的方法提取线段，只保留圆心至线段所处直线距离小于5个像素点的线段，比较所有符合条件的线段长度，选取最长的线段为指针。

进一步地，所述图像处理设备进行图像的结果识读流程时，根据找到的指针与表盘起始位置的角度差，计算当前指针所指向的示数，判断当次识读结果与前次识读结果的差值是否大于阈值，是则舍弃本次结果，否则输出本次识读结果。

本发明的有益效果是：

本发明基于低功耗ARM平台，可以提高相关仪表设备的运维效率，可以为企业或政府部门节省资金和人力。

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

附图说明

图1是基于ARM平台的实时指针仪表识读装置的结构框图。

图2是基于ARM平台的实时指针仪表识读方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。为使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中涉及的一些名词做简单解释。

ARM(Acorn RISC Machine，精简指令集微处理器)，是英国Acorn有限公司设计的第一款精简指令集微处理器，具有体积小、低功耗、低成本、高性能的特点，在移动设备市场具有广泛的应用。

如图1所示，本***基于硬件的图像采集装置和ARM处理平台，组建了实时指针仪表识读装置。

低功耗图像处理设备主要包括处理器内核、音视频接口、外部存储接口、驱动设备、电源等。图像采集设备主要包括镜头、LED补光灯、驱动设备、云台等。

如图1所示，从低功耗图像处理设备推送给图像采集设备指令进行图像的采集操作，图像采集设备将采集的图像输出到图像处理设备。

如图1所示，在图像处理设备中，利用仪表图像识读服务进行图像的预处理、骨架提取、指针标定、角度判断、结果识读等流程获得仪表当前示数。

图像处理设备将仪表识读结果与仪表图像推送给数据传输模块，再通过数据传输模块采用标准通用接口将数据传输至远程平台或数据采集终端。

本发明的实时指针仪表识读方法流程如图2所示，首先预置表盘圆心、刻度起始点与仪表总量程信息，且只需预置一次。

采用图像采集设备进行仪表图像的采集，为了保证全天24小时都可以正常的采集，本装置采用了LED补光灯的设计，且仪表与镜头的距离大约为15cm左右，采集频率为每5秒1幅图片，分辨率为CIF，格式为.jpg。

然后，进行图像的预处理，在采集的图像中，由于光线明暗的变化反光污染等问题会产生明暗不均高值噪声，在进行指针读取之前使用3×3的高斯模板对图像过滤，消除部分噪声，本装置使用2次高斯模糊来消除噪声影响。然后，利用式(1)将待测图像转换为灰度图像：

g＝0.299R+0.587G+0.114B (1)

在获取到仪表图像之后，为了有利于后续的指针提取，需要将背景和一些明暗斑点分割开来，由于指针仪表一般所处环境不是很固定，由于光线的变化表盘灰度值会有变化，利用固定阈值法来进行分割并不具有适用性，于是在本装置中使用最大类间方差法来进行图像区域的分割。在指针周围产生了阴影的情况下，最大类间方差法仍然能够比较好地分割出指针区域。

由于二值化以后的仪表指针是具有一定宽度的，如果在这种情况下直接使用经典Hough变换来提取指针，会出现提取出的直线与指针骨架所在直线并不处于重合状态的情况，于是本装置中先将指针进行细化提取出指针骨架，然后再获取指针角度。本装置使用基于欧氏距离变换的新型骨架提取算法来进行指针细化。

基于欧氏距离变换后，通过局部比较并快速地确定骨架点的候选点，再生长得到骨架点，保证了实时性的同时能尽量保持骨架的连通性。

在提取指针方面，本文采用了基于Hough变换提取直线的方法，经典的Hough变化是在笛卡尔坐标系内将经过一点(x,y)的直线信息，转换为该直线法线在极坐标空间中的(ρ,θ)信息，其公式为：

ρ＝xcosθ+ysinθ (2)

然后对经过有效像素点全方位的直线做累加标记，得到每条线段的信息，由于指针所在直线经过圆心，所以只保留圆心至线段所处直线距离小于5个像素点的线段，比较所有符合条件的线段长度，选取最长的线段为指针。

最后，根据找到的指针与表盘起始位置的角度差，计算当前指针所指向的示数。判断当次识读结果与前次识读结果的差值是否大于阈值，是则舍弃本次结果，否则输出本次识读结果。接着数据传输模块将识读结果与仪表图片通过标准通用接口与宽带网络、4G-LTE或WIFI网络传输至远程平台或数据采集终端。设备运维人员根据仪表反馈的数据判断设备当前状态，为***日常维护提供决策支持。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于ARM平台的实时指针仪表识读方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、预置表盘圆心、刻度起始点与仪表总量程信息；

步骤二、表盘图像采集，调用图像采集设备，将采集的图片转换到YCbCr色彩空间，通过亮度Y成分判断是否需要打开LED补光灯，调节镜头焦距，采集指针仪表表盘图像；

步骤三、表盘图像预处理，使用3×3的高斯模板对图像过滤；

步骤四、表盘图像二值化，将彩色图像转换为灰度图，利用最大类间方差法将灰度图像进行二值化操作，同时分割出指针区域；

步骤五、指针骨架提取，基于欧氏距离变换后，获得经过细化后的指针；

步骤六、指针提取，利用基于Hough变换提取直线的方法提取线段；

步骤七、获取指针读数，根据找到的指针与表盘起始位置的角度差，计算当前指针所指向的示数。

2.如权利要求1所述的一种基于ARM平台的实时指针仪表识读方法，其特征在于，步骤三中，使用2次高斯模糊来消除噪声影响。

3.如权利要求1所述的一种基于ARM平台的实时指针仪表识读方法，其特征在于：步骤五中，基于欧氏距离变换后，获得经过细化后的指针方法如下：通过像素点8领域像素值的局部比较得到该像素点类型，并由此确定骨架点的候选点，根据像素点类型，状态为strong的点生长为骨架；在生长状态为weak的点时，凡由weak点生长出来的骨架分支触碰到骨架边缘，则将此骨架分支删除；凡是生长出来的骨架分支垂直于之前生成的骨架的，则将此骨架分支删除；由上述规则生长得到骨架点后，获得经过细化后的指针。

4.如权利要求1所述的一种基于ARM平台的实时指针仪表识读方法，其特征在于，步骤六中，具体的方法为：只保留圆心至线段所处直线距离小于5个像素点的线段，比较所有符合条件的线段长度，选取最长的线段为指针。

5.如权利要求1所述的一种基于ARM平台的实时指针仪表识读方法，其特征在于，步骤七，计算当前指针所指向的示数具体方法为：判断当次识读结果与前次识读结果的差值是否大于阈值，是则舍弃本次结果，否则输出本次识读结果。

6.一种基于ARM平台的实时指针仪表识读装置，其特征在于，包括依次连接的图像采集设备、图像处理设备、数据传输模块、远程平台或数据采集终端，其中

图像采集设备，用于采集指针仪表表盘图像；

图像处理设备，其仪表图像识读服务模块进行图像的预处理、图像二值化、指针骨架提取、指针提取、角度判断、结果识读，获得仪表当前示数；

数据传输模块，用于将处理后的图像数据采用标准通用接口传输至远程平台或数据采集终端；

远程平台或数据采集终端，用于接收处理后的图像数据，做后期数据的分析与利用。

7.如权利要求6所述的一种基于ARM平台的实时指针仪表识读装置，其特征在于，所述图像处理设备进行图像的预处理流程时，使用3×3的高斯模板对图像过滤，使用2次高斯模糊来消除噪声影响。

8.如权利要求6所述的一种基于ARM平台的实时指针仪表识读装置，其特征在于，所述图像处理设备进行图像的指针骨架提取流程时，基于欧氏距离变换后，通过局部比较并确定骨架点的候选点，再生长得到骨架点。

9.如权利要求6所述的一种基于ARM平台的实时指针仪表识读装置，其特征在于，所述图像处理设备进行图像的指针提取流程时，利用基于Hough变换提取直线的方法提取线段，只保留圆心至线段所处直线距离小于5个像素点的线段，比较所有符合条件的线段长度，选取最长的线段为指针。

10.如权利要求6所述的一种基于ARM平台的实时指针仪表识读装置，其特征在于，所述图像处理设备进行图像的结果识读流程时，根据找到的指针与表盘起始位置的角度差，计算当前指针所指向的示数，判断当次识读结果与前次识读结果的差值是否大于阈值，是则舍弃本次结果，否则输出本次识读结果。