CN111695551B - 表盘的读数方法、装置、计算机设备及可读存储介质 - Google Patents

表盘的读数方法、装置、计算机设备及可读存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供了一种表盘的读数方法、装置、计算机设备及可读存储介质，其中，该方法包括：采集表盘正面的图像；基于所述图像的边缘图像识别指针和表盘中所述指针的顶点位置的预设范围内距离所述指针最近的长刻度线的刻度值；根据所述指针的位置和识别出的所述长刻度线的刻度值，对表盘进行读数。该方案是基于采集的表盘正面的图像进行识别分析实现的，与表盘是否具有特有的表形外观无关，可以实现除显示数字读数的电子LED表盘之外的其他表盘的读数，有利于避免适用的单一性，有利于满足对多样化表盘的读数需求。

Description

表盘的读数方法、装置、计算机设备及可读存储介质
技术领域
本发明涉及仪表技术领域，特别涉及一种表盘的读数方法、装置、计算机设备及可读存储介质。
背景技术
目前，很多设备仍采用仪表的方式显示数据，需要人工对仪表表盘进行读数，然而，人工读取表盘数据的方式耗时耗力，且易存在人为误差，影响读数的精确度。
现有技术中已有一些采用机器视觉的方法进行表盘读取的报道，但是，有的方案需要在表盘具有特有的表形外观的情况下才能实现，适用表盘单一，使得方案应用范围受限；还有的方案只能对显示数字读数的电子LED表盘进行读取，适用表盘单一，同样使得方案应用范围受限，无法满足对多样化表盘的读数需求。
发明内容
本发明实施例提供了一种表盘的读数方法，以解决现有技术中采用机器视觉的方法对表盘读取时存在适用表盘单一、无法满足对多样化表盘读数需求的技术问题。
该方法包括：
采集表盘正面的图像；
基于所述图像的边缘图像识别指针和表盘中所述指针的顶点位置的预设范围内距离所述指针最近的长刻度线的刻度值；
根据所述指针的位置和识别出的所述长刻度线的刻度值，对表盘进行读数；
其中，识别出表盘中所述指针的顶点位置的预设范围内距离所述指针最近的长刻度线的刻度值，包括：
在所述图像的边缘图像中，以表盘的中心位置为圆心，以所述指针的顶点至表盘的中心位置之间的距离作参考半径，确定刻度环的内侧圆，其中，所述刻度环是由刻度线形成的环形，刻度环的内侧圆是在刻度环内侧且只与长刻度线相交的圆；
根据刻度环的内侧圆与长刻度线的相交处，确定长刻度线的位置；
根据所述指针在表盘中的位置以及长刻度线的位置，识别表盘中所述指针的顶点位置的预设范围内距离所述指针最近的长刻度线的位置；
根据识别出的所述长刻度线的位置，确定识别出的所述长刻度线的刻度值；
其中，根据识别出的所述长刻度线的位置，确定识别出的所述长刻度线的刻度值，包括：
针对每个长刻度线，在刻度环的内侧圆上以极坐标角度为(pm+lm/2)*X、极半径为rc的点为原点建立直角坐标系，横坐标轴为水平方向，纵坐标轴为垂直方向，确定以q为边长、以坐标点(-q/2,0)为左上角点的正方形，该正方形标定该长刻度线对应刻度值的位置，其中，pm为该长刻度线对应的所述像素值段m在刻度环的内侧圆的位置序列中对应的位置序数，lm为该长刻度线对应的所述像素值段m在刻度环的内侧圆的长度序列中对应的个数数值，X所述预设极坐标角度，rc＝gr-q*20.5/2，gr为刻度环的内侧圆的半径，q为常数；
根据识别出的所述长刻度线的刻度值的位置，确定识别出的所述长刻度线的刻度值。
本发明实施例还提供了一种表盘的读数装置，以解决现有技术中采用机器视觉的方法对表盘读取时存在适用表盘单一、无法满足对多样化表盘读数需求的技术问题。该装置包括：
图像采集模块，用于采集表盘正面的图像；
识别模块，用于基于所述图像的边缘图像识别指针和表盘中所述指针的顶点位置的预设范围内距离所述指针最近的长刻度线的刻度值；
读数模块，用于根据所述指针的位置和识别出的所述长刻度线的刻度值，对表盘进行读数；
其中，所述识别模块，包括：
内侧圆确定单元，用于在所述图像的边缘图像中，以表盘的中心位置为圆心，以所述指针的顶点至表盘的中心位置之间的距离作参考半径，确定刻度环的内侧圆，其中，所述刻度环是由刻度线形成的环形，刻度环的内侧圆是在刻度环内侧且只与长刻度线相交的圆；
刻度线位置确定单元，用于根据刻度环的内侧圆与长刻度线的相交处，确定为长刻度线的位置，根据所述指针在表盘中的位置以及长刻度线的位置，识别表盘中所述指针的顶点位置的预设范围内距离所述指针最近的长刻度线的位置；
刻度线的刻度值确定单元，用于根据识别出的所述长刻度线的位置，确定识别出的所述长刻度线的刻度值；
所述刻度线的刻度值确定单元，包括：
刻度值位置确定子单元，用于针对每个长刻度线，在刻度环的内侧圆上以极坐标角度为(pm+lm/2)*X、极半径为rc的点为原点建立直角坐标系，横坐标轴为水平方向，纵坐标轴为垂直方向，确定以q为边长、以坐标点(-q/2,0)为左上角点的正方形，该正方形标定该长刻度线对应刻度值的位置，其中，pm为该长刻度线对应的所述像素值段m在刻度环的内侧圆的位置序列中对应的位置序数，lm为该长刻度线对应的所述像素值段m在刻度环的内侧圆的长度序列中对应的个数数值，X所述预设极坐标角度，rc＝gr-q*20.5/2，gr为刻度环的内侧圆的半径，q为常数；
刻度线的刻度值确定子单元，用于根据识别出的所述长刻度线的刻度值的位置，确定识别出的所述长刻度线的刻度值。
本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意的表盘的读数方法，以解决现有技术中采用机器视觉的方法对表盘读取时存在适用表盘单一、无法满足对多样化表盘读数需求的技术问题。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述任意的表盘的读数方法的计算机程序，以解决现有技术中采用机器视觉的方法对表盘读取时存在适用表盘单一、无法满足对多样化表盘读数需求的技术问题。
在本发明实施例中，提出了通过采集表盘正面的图像，并基于该图像的边缘图像进行识别分析得到指针和表盘中所述指针的顶点位置的预设范围内距离所述指针最近的长刻度线的刻度值，进而根据所述指针的位置和识别出的所述长刻度线的刻度值，对表盘进行读数，以实现采用机器视觉的方法对表盘读取，但是该方案是基于采集的表盘正面的图像进行识别分析实现的，与表盘是否具有特有的表形外观无关，可以实现除显示数字读数的电子LED表盘之外的其他表盘的读数，有利于避免适用的单一性，有利于满足对多样化表盘的读数需求。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1是本发明实施例提供的一种表盘的读数方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种图像灰度化的示意图；
图3是本发明实施例提供的一种图像二值化的示意图；
图4是本发明实施例提供的一种图像去噪的示意图；
图5是本发明实施例提供的一种边缘图像的示意图；
图6是本发明实施例提供的一种检测指针和表盘的中心位置的示意图；
图7是本发明实施例提供的一种确定刻度环的内侧圆的示意图；
图8是本发明实施例提供的一种刻度环的内侧圆的示意图；
图9是本发明实施例提供的一种确定长刻度线对应刻度值的位置的示意图；
图10是本发明实施例提供的一种表盘读数的示意图；
图11是本发明实施例提供的一种实施上述表盘的读数方法的流程图；
图12是本发明实施例提供的一种计算机设备的结构框图；
图13是本发明实施例提供的一种表盘的读数装置的结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
在本发明实施例中，提供了一种表盘的读数方法，如图1所示，该方法包括：
步骤102：采集表盘正面的图像；
步骤104：基于所述图像的边缘图像识别指针和表盘中所述指针的顶点位置的预设范围内距离所述指针最近的长刻度线的刻度值；
步骤106：根据所述指针的位置和识别出的所述长刻度线的刻度值，对表盘进行读数。
由图1所示的流程可知，在本发明实施例中，提出了通过采集表盘正面的图像，并基于该图像的边缘图像进行识别分析得到指针和表盘中所述指针的顶点位置的预设范围内距离所述指针最近的长刻度线的刻度值，进而根据所述指针的位置和识别出的所述长刻度线的刻度值，对表盘进行读数，以实现采用机器视觉的方法对表盘读取，但是该方案是基于采集的表盘正面的图像进行识别分析实现的，与表盘是否具有特有的表形外观无关，可以实现除显示数字读数的电子LED表盘之外的其他表盘的读数，有利于避免适用的单一性，有利于满足对多样化表盘的读数需求。
具体实施时，上述采集表盘正面的图像即以表盘的正前方为视角采集图像，该图像中包括表盘的刻度线、刻度值、指针等即可。
具体实施时，为了实现在图像中识别出指针，在本实施例中通过以下步骤实现：
对所述图像进行灰度化和二值化处理；具体的，灰度化处理后的图像如图2所示，然后依据表盘指针和刻度线与表盘背景具有明显颜色差异的特点，将灰度图像进行二值化处理，二值化处理后的图像如图3所示，二值化的图像中可提取出刻度值、刻度线以及表盘中心区域等。此外，还可以对二值化的图像进行去噪处理，去噪处理后的图像如图4所示，可见图4中刻度值、刻度线以及表盘中心区域等更清晰；
基于处理后的图像计算边缘图像；具体的，可以采用canny算子来计算边缘，计算得到的边缘图像如图5所示；
在所述边缘图像中检测直线，将检测到的两条直线的交点确定为所述指针的顶点；具体的，如图6所示，检测到的3条直线的交点即为所述指针的顶点；
在所述边缘图像中心处的指定范围内进行圆检测，将检测到的圆的圆心(如图6所示，即表盘中心上用于固定指针的圆的圆心)确定为表盘的中心位置，表盘的中心位置与所述指针的顶点之间的连线为所述指针，识别出所述指针即可知晓指针在表盘中的位置。
具体实施时，在所述边缘图像中进行圆检测的过程中，上述边缘图像中心处的指定范围可以是表盘中心区域中以边缘图像中心处为原点、以预设长度为半径组成的指定范围的圆，该指定范围的大小可以根据实际情况确定，本申请不做具体限定。
具体实施时，本申请基于大多指针具有全部或者部分直线的特点，提出了通过检测直线的方式来识别指针，在上述检测直线的过程中可以采用hough变化检测直线的方法，由于hough变换的方法受环境参数的影响较大，可以采用自动参数校正的方法，依据检测到直线的条数进行自动调整，直到检测到的直线条数为2或3，计算2或3条直线的交点，该交点即为指针顶点的位置。在指针附近的、边缘图像中心处的预设范围内进行hough圆检测，检测到的圆即确定为表盘的中心位置。
具体实施时，为了实现表盘的读数，在本实施例中通过以下步骤来识别出表盘中所述指针的顶点位置的预设范围内距离所述指针最近的长刻度线的刻度值：
在所述图像的边缘图像中，以表盘的中心位置为圆心，以所述指针的顶点至表盘的中心位置之间的距离作参考半径，确定刻度环的内侧圆，其中，所述刻度环是由刻度线形成的环形，刻度环的内侧圆是在刻度环内侧且只与长刻度线相交的圆；
根据刻度环的内侧圆与长刻度线的相交处，确定长刻度线的位置，具体的，刻度线一般包括长刻度线和短刻度线，一般在表盘中长刻度线和短刻度线均匀分布，相邻长刻度线之间均匀分布着短刻度线，即当表盘中分布有两种长度的刻度线时，确认二者中较长者为长刻度线；或者表盘中只分布有长刻度线，因此当表盘中只分布有一种长度的刻度线时，确认该刻度线为长刻度线；
根据所述指针在表盘中的位置以及长刻度线的位置，识别表盘中所述指针的顶点位置的预设范围内距离所述指针最近的长刻度线的位置；具体的，此处指针的顶点位置的预设范围的大小可以根据实际计算情况确定，例如，可以是以指针的顶点为圆心、以一定长度为半径确定的圆，该预设范围内至少包括一条长刻度线；
根据识别出的所述长刻度线的位置，确定识别出的所述长刻度线的刻度值。
具体实施时，为了提高读数的准确度，在本实施例中，确定刻度环的内侧圆的过程可以通过以下步骤实现：
在所述图像的边缘图像中，以表盘的中心位置为圆心，以所述指针的顶点至表盘的中心位置之间的距离作参考半径设置多个不同半径的候选圆；具体的，本申请发明人基于圆盘周围的刻度线具有明显的宽度一致、分布均匀的特点，提出在指针顶点附近区域搜索刻度环的内侧位置(即刻度环的内侧圆)，进而提出以表盘的中心位置为圆心，以所述指针的顶点至表盘的中心位置之间的距离作参考半径设置多个不同半径的候选圆，候选圆的半径范围可以为rmin至rmax，然后确定搜索宽度为d,d的值设置的越小，搜索的精度越高。将半径为rmin、rmin+d、rmin+2d......rmin+nd(其中rmin+nd<＝rmax,rmin+(n+1)*d>rmax)的n个圆作为查找刻度环内侧圆的候选圆，如图7所示，表盘上分布着多个不同半径的候选圆。
针对每个候选圆，以圆心为极点、以水平方向为极轴建立极坐标系，从候选圆上极坐标角度为0处开始，以预设极坐标角度X为间隔，计算候选圆上各位置处的像素值，将像素值为连续多个1的位置处确定为刻度线，将各位置处的像素值作为元素组成一个该候选圆的维度向量；例如，从候选圆上极坐标角度为0处开始，候选圆半径长度不变，依次计算候选圆上极坐标角度为x(即上述预设极坐标角度)、2x、3x直至mx(其中mx<＝2*π且(m+1)*x>2*π,m值越大，计算越精确，*表示乘号)等多个位置处的像素值，将像素值为连续多个1的位置处确定为刻度线，即每个刻度线处包括多个连续的像素值1，进而将各位置处的像素值作为元素组成一个该候选圆的维度向量S，如，一个候选圆的维度向量S为：0001110000111000001111000..；
针对每个候选圆，从该候选圆的维度向量中提取出包括连续多个1的像素值段，将各像素值段中第一个1所在维度向量中的位置序数作为元素组成该候选圆的一个位置序列，将各像素值段中包括1的个数数值作为元素组成该候选圆的一个长度序列，计算所述位置序列的统计值，统计值和所述像素值段的数量组成统计向量；例如，一个候选圆的维度向量S为：0001110000111000001111000..，该维度向量S中连续多个1组成一个像素值段，即维度向量S连续的三个1组成一个像素值段，维度向量S中有3个像素值段，连续多个1的位置处确定为刻度线，进而一个像素值段对应一个刻度线，针对每个像素值段，确定每个像素值段中第一个1在维度向量中的位置序数，如第一个像素值段中第一个1在维度向量中的位置序数为4，进而依次将各像素值段对应的位置序数作为元素组成该候选圆的一个位置序列，如，得到候选圆的位置序列p为{4，11，17}；同时，针对每个像素值段，确定每个像素值段所包括1的个数数值，如维度向量S中第一个像素值段所包括1的个数数值为3，进而依次将各像素值段对应的个数数值作为元素组成该候选圆的一个长度序列l，如，得到候选圆的长度序列l为{3，3，4}，像素值段的数量g为3；
筛选出统计向量符合预设阈值的候选圆，其中，预设阈值表明候选圆上多个元素对应的刻度线的宽度一致程度和分布均匀程度，符合预设阈值的候选圆表明该圆上的刻度线满足宽度一致、分布均匀等特点；
在筛选出的候选圆中将半径最小的候选圆确定为刻度环的内侧圆，如图8所示。
具体实施时，为了最终确定出刻度环的内侧圆，在本实施例中，通过以下步骤实现计算所述位置序列的统计值，筛选出统计向量符合预设阈值的候选圆；筛选出统计向量符合预设阈值的候选圆：
计算所述位置序列的均值和均方根误差；
将均值符合第一阈值、均方根误差小于第二阈值且所述像素值段的数量g大于第三阈值的圆确定为统计向量符合预设阈值的圆。
具体的，从候选圆的维度向量S中提取由连续多个1组成的像素值段，进而得到该候选圆的一个位置序列p，如，位置序列p为{4，11，17}，计算位置序列p的均值p1和均方根误差p2，联合g构成统计向量(p1，p2，g)，筛选出p1>b，p1<c,p2<e,g>f的候选圆，其中，b、c即上述第一阈值，b、c是常数，与单一刻度线的宽度范围相关，b表示单一刻度线的宽度范围的下限，c表示单一刻度线的宽度范围的上限；f即上述第三阈值，f是常数，f与刻度线的条数有关；e即上述第二阈值，e是常数，一般取值在4～7之间。若筛选出的候选圆个数大于1，则半径最小的候选圆即为刻度环的内侧圆。
具体实施时，确定出刻度环的内侧圆即可确定出长刻度线的位置，在本实施例中，例如，通过以下步骤可以根据识别出的所述长刻度线的位置，先确定上述识别出的所述长刻度线的刻度值的位置，在根据长刻度线的刻度值的位置确定上述识别出的所述长刻度线的刻度值：
例如，确定上述识别出的所述长刻度线的刻度值的位置的方法可以是在刻度环的内侧圆上以极坐标角度为(pm+lm/2)*X、极半径为rc的点为原点建立直角坐标系，横坐标轴为水平方向，纵坐标轴为垂直方向，确定以q为边长、以坐标点(-q/2,0)为左上角点的正方形，该正方形标定该长刻度线对应刻度值的位置，如图9所示，其中，pm为该长刻度线对应的所述像素值段m在刻度环的内侧圆的位置序列中对应的位置序数，lm为该长刻度线对应的所述像素值段m在刻度环的内侧圆的长度序列中对应的个数数值，X所述预设极坐标角度，rc＝gr-q*20.5/2，gr为刻度环的内侧圆的半径，q为常数，rc是常数，rc的取值与刻度值字体的大小有关。
具体实施时，例如，针对某个长刻度线，该长刻度线对应于刻度环的内侧圆的维度向量中第m个像素值段，则第m个像素值段对应的位置序数在刻度环的内侧圆的位置序列p中为元素pm，则第m个像素值段对应的个数数值在刻度环的内侧圆的长度序列l中为元素lm，其中，m的取值为1、2、3……g。进而在确定该长刻度线对应刻度值的位置时，以(pm+lm/2)*X、极半径为rc的点为原点建立直角坐标系，横坐标轴为水平方向，纵坐标轴为垂直方向，确定以q为边长、以坐标点(-q/2,0)为左上角点的正方形，该正方形标定该长刻度线对应刻度值的位置。
进而根据识别出的所述长刻度线的刻度值的位置，确定识别出的所述长刻度线的刻度值。
具体实施时，可以识别出表盘上所有长刻度线的刻度值的位置，也可以只识别出上述指针的顶点位置的预设范围内距离所述指针最近的长刻度线的刻度值的位置。
具体实施时，确定出长刻度线对应刻度值所在的位置后，可以根据长刻度线的刻度值的位置识别数字以识别出长刻度线的刻度值，还可以通过本实施例中的以下步骤根据识别出的所述长刻度线的刻度值的位置，确定识别出的所述长刻度线的刻度值：
将识别出的所述长刻度线的刻度值的位置的hog特征输入SVM分类器，SVM分类器输出识别出的所述长刻度线的刻度值，其中，SVM分类器的训练数据为各长刻度线处标记有刻度值的图像，提取图像中各长刻度线的刻度值的位置的hog特征，可以采用的SVM类型为多分类类型C_SVC，SVM分类器的核函数可以采用线性核函数。
具体实施时，通过SVM分类器可以基于表盘上所有长刻度线的刻度值的位置hog特征输出表盘上所有长刻度线的刻度值，也可以只基于上述指针的顶点位置的预设范围内距离所述指针最近的长刻度线的刻度值的位置hog特征输出顶点位置的预设范围内距离所述指针最近的长刻度线的刻度值。
具体实施时，为了确保读数的精确，在本实施例中，通过以下步骤进行表盘读数，例如，根据所述指针的位置和识别出的所述长刻度线的刻度值，对表盘进行读数，包括：
获取所述长刻度线在所述刻度环的内侧圆上对应的极坐标角度；
根据所述长刻度线在所述刻度环的内侧圆上对应的极坐标角度和所述指针的位置，计算在所述刻度环的内侧圆上，所述长刻度线和所述指针的位置之间的极坐标角度差；
获取预存间隔值信息，所述间隔值信息包括相邻刻度值间对应的极坐标角度间隔和极坐标角度间隔对应的刻度值间隔值，具体的，极坐标角度间隔以及极坐标角度间隔对应的刻度值间隔值可以根据具体情况确定，极坐标角度间隔和刻度值间隔值越小，有利于读数精度越高，例如，极坐标角度间隔为1度，极坐标角度间隔对应的刻度值间隔值30秒或1分钟；
根据所述预存间隔值信息计算所述极坐标角度差对应的刻度值差；
根据所述长刻度线的刻度值和所述刻度值差，计算出表盘的读数。
具体实施时，当所述长刻度线在指针的左侧时，可以将所述长刻度线的刻度值加上所述刻度值差，得到表盘的读数；当所述长刻度线在指针的右侧时，可以将所述长刻度线的刻度值减去所述刻度值差。
具体实施时，还可以进一步提高表盘读数的精度，例如，可以对表盘的读数进行校正，可以预存刻度线信息，所述刻度线信息包括刻度环的内侧圆上每个长刻度线对应的极坐标角度和每个长刻度线对应的刻度值；进而根据所述预存刻度线信息和所述预存间隔值信息校正所述读数。
具体的，由于外部环境的影响，表盘图像可能存在一些噪音，使得确定的刻度线及刻度值可能存在遗漏和重复检测的问题。为了克服此问题，需在刻度线和刻度值完全提取之后进行一下校正。依据刻度线在表盘中均匀分布、刻度值均匀递增和递减的特点，提取出异常点，对异常点进行补充或者剔除。在刻度环内侧圆上的极坐标角度列表为ali,(i＝1...m1)，其相应的刻度值识别值设为kvj(j＝1...m1)，计算角度间隔列表al1＝alq-alq-1,(q＝2...m1)，刻度值间隔列表kv1＝kvz-kvz-1,(z＝2...m1),计算al1和kv1中最高频次的数据位置点列表ap和kp,计算列表j＝ap∩kp,将gf＝alj+1-alj作为相邻刻度值间对应的极坐标角度间隔，将kf＝kvj+1-kvj作为相邻刻度值间对应的刻度值间隔值。计算刻度值和刻度位置匹配且正确的位置点集合jf＝(j+{1})∪j,则有待校正的位置点集合为pj＝{1,2,3.....m1-1}-jf，依据刻度值均匀分布刻度线均匀分布的特点，对al1pj和kv1pj进行删除和校正，剔除异常点，补充漏选点。
依据指针顶点的位置和以上确定的刻度线位置点列表ali和刻度值列表kvj(即上述预存刻度线信息)，确定指针最近的刻度线，再确定最近的刻度线和指针之间的极坐标角度，根据相邻刻度值间对应的极坐标角度间隔和极坐标角度间隔对应的刻度值间隔值(即上述预存间隔值信息)，确定最近的刻度线和指针之间相应的刻度值差，进而根据最近的刻度线的刻度值和刻度值差计算确定出仪表读数，可以采用该仪表读数校正上述表盘的读数方法得到的读数。
具体实施时，如图11所示，实施上述表盘的读数方法的过程包括以下步骤：
采集表盘正面的图像，可以是彩色图像，对图像进行灰度化、二值化以及平滑去噪处理后，基于处理后的图像计算边缘图像，在边缘图像中进行hough变化检测直线的方法检测指针的顶点，进行hough圆检测确定出表盘的中心位置，表盘的中心位置与所述指针的顶点之间的连线为指针，即得到指针的位置；在边缘图像中，以表盘的中心位置为圆心，以所述指针的顶点至表盘的中心位置之间的距离作参考半径，设置多个半径不同的候选圆，针对每个候选圆，以预设极坐标角度为间隔，计算候选圆上各位置处的像素值，将像素值为连续多个1的位置处确定为刻度线，将各刻度线的位置信息作为元素组成一个该候选圆的维度向量，基于每个维度向量中多个连续元素计算统计向量，筛选出统计向量符合预设阈值的候选圆，进而在筛选出的候选圆中将半径最小的候选圆确定为刻度环的内侧圆；基于刻度环的内侧圆标定每个长刻度线的位置，进而确定长刻度线的刻度值的位置；提取长刻度线对应刻度值位置的hog特征输入SVM分类器，SVM分类器输出长刻度线对应的刻度值，根据指针的位置和距离指针最近的长刻度线的刻度值，结合上述预存间隔值信息计算表盘读数，还可校正计算得到的表盘读数，校正后的读数为最终的表盘读数，例如，如图10所示的表盘读数。
在本实施例中，提供了一种计算机设备，如图12所示，包括存储器1202、处理器1204及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任意的表盘的读数方法。
具体的，该计算机设备可以是计算机终端、服务器或者类似的运算装置。
在本实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述任意的表盘的读数方法的计算机程序。
具体的，计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机可读存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读存储介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种表盘的读数装置，如下面的实施例所述。由于表盘的读数装置解决问题的原理与表盘的读数方法相似，因此表盘的读数装置的实施可以参见表盘的读数方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图13是本发明实施例的表盘的读数装置的一种结构框图，如图13所示，该装置包括：
图像采集模块1302，用于采集表盘正面的图像；
识别模块1304，用于基于所述图像的边缘图像识别指针和表盘中所述指针的顶点位置的预设范围内距离所述指针最近的长刻度线的刻度值；
读数模块1306，用于根据所述指针的位置和识别出的所述长刻度线的刻度值，对表盘进行读数。
在一个实施例中，所述识别模块，包括：
图像处理单元，用于对所述图像进行灰度化和二值化处理；
图像计算单元，用于基于处理后的图像计算边缘图像；
直线检测单元，用于在所述边缘图像中检测直线，将检测到的两条直线的交点确定为所述指针的顶点；
圆检测单元，用于在所述边缘图像中心处的预设范围内进行圆检测，将检测到的圆的圆心确定为表盘的中心位置，表盘的中心位置与所述指针的顶点之间的连线为所述指针。
在一个实施例中，所述识别模块，包括：
内侧圆确定单元，用于在所述图像的边缘图像中，以表盘的中心位置为圆心，以所述指针的顶点至表盘的中心位置之间的距离作参考半径，确定刻度环的内侧圆，其中，所述刻度环是由刻度线形成的环形，刻度环的内侧圆是在刻度环内侧且只与长刻度线相交的圆；
刻度线位置确定单元，用于根据刻度环的内侧圆与长刻度线的相交处，确定为长刻度线的位置，根据所述指针在表盘中的位置以及长刻度线的位置，识别表盘中所述指针的顶点位置的预设范围内距离所述指针最近的长刻度线的位置；
刻度线的刻度值确定单元，用于根据识别出的所述长刻度线的位置，确定识别出的所述长刻度线的刻度值。
在一个实施例中，内侧圆确定单元，包括：
圆设置子单元，用于在所述图像的边缘图像中，以表盘的中心位置为圆心，以所述指针的顶点至表盘的中心位置之间的距离作参考半径设置多个不同半径的候选圆；
像素计算子单元，用于针对每个候选圆，以圆心为极点、以水平方向为极轴建立极坐标系，从候选圆上极坐标角度为0处开始，以预设极坐标角度为间隔，计算候选圆上各位置处的像素值，将像素值为连续多个1的位置处确定为刻度线，将位置处的像素值作为元素组成一个该候选圆的维度向量；
统计向量计算子单元，用于针对每个候选圆，从该候选圆的维度向量中提取出包括连续多个1的像素值段，将各像素值段中第一个1在维度向量中的位置序数作为元素组成该候选圆的一个位置序列，将各像素值段所包括1的个数数值作为元素组成该候选圆的一个长度序列，计算所述位置序列的统计值，统计值和所述像素值段的数量组成统计向量；
筛选子单元，用于筛选出统计向量符合预设阈值的候选圆，其中，预设阈值表明候选圆上多个元素对应的刻度线的宽度一致程度和分布均匀程度；
内侧圆确定子单元，用于在筛选出的候选圆中将半径最小的候选圆确定为刻度环的内侧圆。
在一个实施例中，所述刻度线的刻度值确定单元，包括：
所述统计向量计算子单元，具体用于计算所述位置序列的均值和均方根误差；
所述筛选子单元，具体将均值符合第一阈值、均方根误差小于第二阈值且所述像素值段的数量大于第三阈值的候选圆确定为统计向量符合预设阈值的候选圆。
在一个实施例中，所述刻度线的刻度值确定单元，包括：
刻度值位置确定子单元，用于针对每个长刻度线，在刻度环的内侧圆上以极坐标角度为(pm+lm/2)*X、极半径为rc的点为原点建立直角坐标系，横坐标轴为水平方向，纵坐标轴为垂直方向，确定以q为边长、以坐标点(-q/2,0)为左上角点的正方形，该正方形标定该长刻度线对应刻度值的位置，其中，pm为该长刻度线对应的所述像素值段m在刻度环的内侧圆的位置序列中对应的位置序数，lm为该长刻度线对应的所述像素值段m在刻度环的内侧圆的长度序列中对应的个数数值，X所述预设极坐标角度，rc＝gr-q*20.5/2，gr为刻度环的内侧圆的半径，q为常数；
刻度线的刻度值确定子单元，用于根据识别出的所述长刻度线的刻度值的位置，确定识别出的所述长刻度线的刻度值。
在一个实施例中，刻度线的刻度值确定子单元，用于将识别出的所述长刻度线的刻度值的位置的hog特征输入SVM分类器，SVM分类器输出识别出的所述长刻度线的刻度值。
在一个实施例中，所述读数模块，包括：
角度差计算单元，用于获取所述长刻度线在所述刻度环的内侧圆上对应的极坐标角度，根据所述长刻度线在所述刻度环的内侧圆上对应的极坐标角度和所述指针的位置，计算在所述刻度环的内侧圆上，所述长刻度线和所述指针的位置之间的极坐标角度差；
信息获取单元，用于获取预存间隔值信息，所述间隔值信息包括相邻刻度值间对应的极坐标角度间隔和极坐标角度间隔对应的刻度值间隔值；
刻度值差计算单元，用于根据所述预存间隔值信息计算所述极坐标角度差对应的刻度值差；
读数单元，用于的根据所述长刻度线的刻度值和所述刻度值差，计算出表盘的读数。
本发明实施例实现了如下技术效果：提出了通过采集表盘正面的图像，并基于该图像进行识别分析得到指针和表盘中所述指针的顶点位置的预设范围内距离所述指针最近的长刻度线的刻度值，进而根据所述指针的位置和识别出的所述长刻度线的刻度值，对表盘进行读数，以实现采用机器视觉的方法对表盘读取，但是该方案是基于采集的表盘正面的图像进行识别分析实现的，与表盘是否具有特有的表形外观无关，可以实现除显示数字读数的电子LED表盘之外的其他表盘的读数，有利于避免适用的单一性，有利于满足对多样化表盘的读数需求。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种表盘的读数方法，其特征在于，包括：
采集表盘正面的图像；
基于所述图像的边缘图像识别指针和表盘中所述指针的顶点位置的预设范围内距离所述指针最近的长刻度线的刻度值；
根据所述指针的位置和识别出的所述长刻度线的刻度值，对表盘进行读数；
其中，识别出表盘中所述指针的顶点位置的预设范围内距离所述指针最近的长刻度线的刻度值，包括：
在所述图像的边缘图像中，以表盘的中心位置为圆心，以所述指针的顶点至表盘的中心位置之间的距离作参考半径，确定刻度环的内侧圆，包括：
在所述图像的边缘图像中，以表盘的中心位置为圆心，以所述指针的顶点至表盘的中心位置之间的距离作参考半径设置多个不同半径的候选圆；
针对每个候选圆，以圆心为极点、以水平方向为极轴建立极坐标系，从候选圆上极坐标角度为0处开始，以预设极坐标角度为间隔，计算候选圆上各位置处的像素值，将像素值为连续多个1的位置处确定为刻度线，将各位置处的像素值作为元素组成一个该候选圆的维度向量；
针对每个候选圆，从该候选圆的维度向量中提取出包括连续多个1的像素值段，将各像素值段中第一个1在维度向量中的位置序数作为元素组成该候选圆的一个位置序列，将各像素值段所包括1的个数数值作为元素组成该候选圆的一个长度序列，计算所述位置序列的统计值，统计值和所述像素值段的数量组成统计向量；
筛选出统计向量符合预设阈值的候选圆，其中，预设阈值表明候选圆上多个元素对应的刻度线的宽度一致程度和分布均匀程度；
在筛选出的候选圆中将半径最小的候选圆确定为刻度环的内侧圆；
其中，所述刻度环是由刻度线形成的环形，刻度环的内侧圆是在刻度环内侧且只与长刻度线相交的圆；
根据刻度环的内侧圆与长刻度线的相交处，确定长刻度线的位置；
根据所述指针在表盘中的位置以及长刻度线的位置，识别表盘中所述指针的顶点位置的预设范围内距离所述指针最近的长刻度线的位置；
根据识别出的所述长刻度线的位置，确定识别出的所述长刻度线的刻度值；
其中，根据识别出的所述长刻度线的位置，确定识别出的所述长刻度线的刻度值，包括：
针对每个长刻度线，在刻度环的内侧圆上以极坐标角度为(pm+lm/2)*X、极半径为rc的点为原点建立直角坐标系，横坐标轴为水平方向，纵坐标轴为垂直方向，确定以q为边长、以坐标点(-q/2,0)为左上角点的正方形，该正方形标定该长刻度线对应刻度值的位置，其中，像素值段m包括连续多个1，所述像素值段m从每个候选圆的维度向量中提取得到，pm为该长刻度线对应的所述像素值段m在刻度环的内侧圆的位置序列中对应的位置序数，lm为该长刻度线对应的所述像素值段m在刻度环的内侧圆的长度序列中对应的个数数值，X为所述预设极坐标角度，rc＝gr-q*20.5/2，gr为刻度环的内侧圆的半径，q为常数；
根据识别出的所述长刻度线的刻度值的位置，确定识别出的所述长刻度线的刻度值。
2.如权利要求1所述的表盘的读数方法，其特征在于，基于所述图像识别指针，包括：
对所述图像进行灰度化和二值化处理；
基于处理后的图像计算边缘图像；
在所述边缘图像中检测直线，将检测到的两条直线的交点确定为所述指针的顶点；
在所述边缘图像中心处的指定范围内进行圆检测，将检测到的圆的圆心确定为表盘的中心位置，表盘的中心位置与所述指针的顶点之间的连线为所述指针。
3.如权利要求1所述的表盘的读数方法，其特征在于，计算所述位置序列的统计值，筛选出统计向量符合预设阈值的候选圆，包括：
计算所述位置序列的均值和均方根误差；
将均值符合第一阈值、均方根误差小于第二阈值且所述像素值段的数量大于第三阈值的候选圆确定为统计向量符合预设阈值的候选圆。
4.如权利要求1所述的表盘的读数方法，其特征在于，根据识别出的所述长刻度线的刻度值的位置，确定识别出的所述长刻度线的刻度值，包括：
将识别出的所述长刻度线的刻度值的位置的hog特征输入SVM分类器，SVM分类器输出识别出的所述长刻度线的刻度值。
5.如权利要求1、4中任一项所述的表盘的读数方法，其特征在于，根据所述指针的位置和识别出的所述长刻度线的刻度值，对表盘进行读数，包括：
获取所述长刻度线在所述刻度环的内侧圆上对应的极坐标角度；
根据所述长刻度线在所述刻度环的内侧圆上对应的极坐标角度和所述指针的位置，计算在所述刻度环的内侧圆上，所述长刻度线和所述指针的位置之间的极坐标角度差；
获取预存间隔值信息，所述间隔值信息包括相邻刻度值间对应的极坐标角度间隔和极坐标角度间隔对应的刻度值间隔值；
根据所述预存间隔值信息计算所述极坐标角度差对应的刻度值差；
根据所述长刻度线的刻度值和所述刻度值差，计算出表盘的读数。
6.一种表盘的读数装置，其特征在于，包括：
图像采集模块，用于采集表盘正面的图像；
识别模块，用于基于所述图像的边缘图像识别指针和表盘中所述指针的顶点位置的预设范围内距离所述指针最近的长刻度线的刻度值；
读数模块，用于根据所述指针的位置和识别出的所述长刻度线的刻度值，对表盘进行读数；
其中，所述识别模块，包括：
内侧圆确定单元，用于在所述图像的边缘图像中，以表盘的中心位置为圆心，以所述指针的顶点至表盘的中心位置之间的距离作参考半径，确定刻度环的内侧圆，包括：
在所述图像的边缘图像中，以表盘的中心位置为圆心，以所述指针的顶点至表盘的中心位置之间的距离作参考半径设置多个不同半径的候选圆；
针对每个候选圆，以圆心为极点、以水平方向为极轴建立极坐标系，从候选圆上极坐标角度为0处开始，以预设极坐标角度为间隔，计算候选圆上各位置处的像素值，将像素值为连续多个1的位置处确定为刻度线，将各位置处的像素值作为元素组成一个该候选圆的维度向量；
针对每个候选圆，从该候选圆的维度向量中提取出包括连续多个1的像素值段，将各像素值段中第一个1在维度向量中的位置序数作为元素组成该候选圆的一个位置序列，将各像素值段所包括1的个数数值作为元素组成该候选圆的一个长度序列，计算所述位置序列的统计值，统计值和所述像素值段的数量组成统计向量；
筛选出统计向量符合预设阈值的候选圆，其中，预设阈值表明候选圆上多个元素对应的刻度线的宽度一致程度和分布均匀程度；
在筛选出的候选圆中将半径最小的候选圆确定为刻度环的内侧圆；
其中，所述刻度环是由刻度线形成的环形，刻度环的内侧圆是在刻度环内侧且只与长刻度线相交的圆；
刻度线位置确定单元，用于根据刻度环的内侧圆与长刻度线的相交处，确定为长刻度线的位置，根据所述指针在表盘中的位置以及长刻度线的位置，识别表盘中所述指针的顶点位置的预设范围内距离所述指针最近的长刻度线的位置；
刻度线的刻度值确定单元，用于根据识别出的所述长刻度线的位置，确定识别出的所述长刻度线的刻度值；
所述刻度线的刻度值确定单元，包括：
刻度值位置确定子单元，用于针对每个长刻度线，在刻度环的内侧圆上以极坐标角度为(pm+lm/2)*X、极半径为rc的点为原点建立直角坐标系，横坐标轴为水平方向，纵坐标轴为垂直方向，确定以q为边长、以坐标点(-q/2,0)为左上角点的正方形，该正方形标定该长刻度线对应刻度值的位置，其中，像素值段m包括连续多个1，所述像素值段m从每个候选圆的维度向量中提取得到，pm为该长刻度线对应的所述像素值段m在刻度环的内侧圆的位置序列中对应的位置序数，lm为该长刻度线对应的所述像素值段m在刻度环的内侧圆的长度序列中对应的个数数值，X为所述预设极坐标角度，rc＝gr-q*20.5/2，gr为刻度环的内侧圆的半径，q为常数；
刻度线的刻度值确定子单元，用于根据识别出的所述长刻度线的刻度值的位置，确定识别出的所述长刻度线的刻度值。
7.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5中任一项所述的表盘的读数方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至5中任一项所述的表盘的读数方法的计算机程序。
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