面向自動(dòng)校驗(yàn)系統(tǒng)的指針式壓力表讀數(shù)識(shí)別
針對(duì)基于機(jī)器視覺的指針式壓力表校驗(yàn)系統(tǒng)，給出了一種采用幀差分法和角度法自動(dòng)識(shí)別指針儀表讀數(shù)的 方案，并且為了解決殘缺指針區(qū)域的質(zhì)心偏移問(wèn)題提出了一種利用區(qū)域極值點(diǎn)確定指針質(zhì)心的方法。首先基于霍 夫圓檢測(cè)進(jìn)行表盤中心定位和表盤分割；然后采用三幀差分法檢測(cè)指針區(qū)域，并從其八方向極值點(diǎn)中選擇最接近指 針區(qū)域最小外接矩形對(duì)角頂點(diǎn)的兩點(diǎn)來(lái)定位指針質(zhì)心；最后連接指針質(zhì)心和表盤中心以計(jì)算指針偏轉(zhuǎn)角度和識(shí)別 讀數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明基于區(qū)域極值點(diǎn)的指針質(zhì)心定位可以簡(jiǎn)單有效地修正殘缺指針區(qū)域質(zhì)心偏移，整體方案能夠 較準(zhǔn)確地識(shí)別指針式壓力表讀數(shù)。
1.引言
指針式模擬儀表仍然以其低成本和高可靠性等優(yōu)勢(shì)占盡管數(shù)字化和智能化是儀表行業(yè)發(fā)展的主流趨勢(shì)，據(jù)一定市場(chǎng)。但是在對(duì)指針儀表進(jìn)行出廠前檢驗(yàn)和周期性校驗(yàn)時(shí)，傳統(tǒng)的人工方式效率低下，而且勞動(dòng)力成 本的日益提高也增加了生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)壓力。然而隨著計(jì)算 機(jī)和攝像設(shè)備性能的提升和價(jià)格的降低，基于機(jī)器視覺 技術(shù)對(duì)儀表進(jìn)行自動(dòng)校驗(yàn)變得可行且有效' 所以作為 影響整體檢驗(yàn)和校驗(yàn)性能的核心技術(shù)，指針儀表讀數(shù)自 動(dòng)識(shí)別受到了很多關(guān)注。本文面向?qū)嶋H需求設(shè)計(jì)了 一套用機(jī)器視覺方法對(duì)某指針式氣體密度繼電器的壓 力示數(shù)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別的方案。
指針儀表讀數(shù)識(shí)別的關(guān)鍵在于指針檢測(cè)，現(xiàn)有的方 法包括直線擬合法M、幀差法、Hough直線檢測(cè)法、 中心投影法、表盤圖像特征法以及對(duì)這些方法的綜 合。本方案所面向的儀表指針較短而且不直接與表盤 中心相連，因此直線擬合方法并不適用。而在本文所針 對(duì)的實(shí)際校驗(yàn)系統(tǒng)中，每個(gè)儀表都要經(jīng)過(guò)10個(gè)不同壓 力值的測(cè)試，每測(cè)試一個(gè)壓力值校驗(yàn)平臺(tái)就捕捉一幀對(duì) 應(yīng)該數(shù)值的儀表監(jiān)控圖像，這樣一個(gè)儀表對(duì)應(yīng)著10幅 背景相同但是指針偏轉(zhuǎn)不同的圖像。因此本方案采用 了一種幀間求差方法，即基于前后幀差分檢測(cè)指針區(qū)域 并提取其質(zhì)心，然后將質(zhì)心與表盤中心連線以確定指針 偏轉(zhuǎn)角度，從而使用角度法識(shí)別讀數(shù)。在基于幀差法 進(jìn)行指針檢測(cè)時(shí)，如果指針與表盤刻度線有重疊，檢測(cè) 到的指針區(qū)域會(huì)出現(xiàn)殘缺，按照傳統(tǒng)方法提取到的質(zhì)心 會(huì)存在偏差。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本文提出了一種利用 指針區(qū)域八方向極值點(diǎn)尋找質(zhì)心的簡(jiǎn)單方法，該方法既 可以修正指針質(zhì)心偏移又能避免對(duì)殘缺指針區(qū)域進(jìn)行 修復(fù)性擬合。
2.系統(tǒng)整體方案
如圖1所示，整體讀數(shù)識(shí)別方案包括表盤定位、表 盤分割、指針檢測(cè)、質(zhì)心提取和讀數(shù)識(shí)別5個(gè)主要組成 部分。
表盤定位：基于Hough圓檢測(cè)用第一個(gè)測(cè)試 值對(duì)應(yīng)幀來(lái)定位表盤圓環(huán)中心點(diǎn)和刻度線中間校準(zhǔn)點(diǎn)。
表盤分割：以檢測(cè)到的表盤中心為圓心，根據(jù)表 盤尺寸比例從測(cè)試值對(duì)應(yīng)幀中切割出適合指針檢測(cè)的 環(huán)形區(qū)域。
指針檢測(cè)：采用三幀差法進(jìn)行指針檢測(cè)，得 到包含測(cè)試值所對(duì)應(yīng)指針區(qū)域的二值圖像。
質(zhì)心提取:對(duì)包含指針區(qū)域的二值圖像做連通 區(qū)域檢測(cè)，獲取指針區(qū)域的極值點(diǎn)并計(jì)算其質(zhì)心。
讀數(shù)識(shí)別:先連接表盤中心點(diǎn)和刻度線中間校 準(zhǔn)點(diǎn)得到刻度基準(zhǔn)線，然后將測(cè)試值對(duì)應(yīng)的指針質(zhì)心和表盤中心進(jìn)行連接，根據(jù)連線與基準(zhǔn)線的夾角識(shí)別讀數(shù)。
3.表盤定位和分割
3.1表盤定位
雖然自動(dòng)校驗(yàn)平臺(tái)有固定儀表的裝置，但是不能保 證每個(gè)被測(cè)儀表的位置完全相同，所以需要對(duì)表盤進(jìn)行 定位以提高精度。在對(duì)每個(gè)儀表進(jìn)行多值測(cè)試時(shí)，只需 用第一個(gè)測(cè)試值所對(duì)應(yīng)的圖像進(jìn)行一次初始化定位，后 續(xù)測(cè)試時(shí)可以直接使用該定位結(jié)果。如圖2所示，確定 表盤位置主要依賴兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn):表盤中心點(diǎn)和刻度線的 中間校準(zhǔn)點(diǎn)。校準(zhǔn)點(diǎn)用于確定刻度線的中線位置，為后 續(xù)讀數(shù)識(shí)別提供參照。
首先基于Hough變換檢測(cè)圓形得到表盤外圓圓心 和半徑，該圓心即為表盤中心O。根據(jù)先驗(yàn)知識(shí)，刻度 線中間校準(zhǔn)點(diǎn)和表盤中心的距離相比于外圓半徑的比 例是一定的。為了避免表盤下半部分文字的干擾，可以 利用該比例對(duì)表盤進(jìn)行半圓弧切割以得到校準(zhǔn)點(diǎn)所在 的上半圓弧區(qū)域。然后對(duì)切割區(qū)域進(jìn)行二值化處理和 連通域檢測(cè)，可以獲得校準(zhǔn)點(diǎn)區(qū)域信息，再通過(guò)取校準(zhǔn) 點(diǎn)區(qū)域內(nèi)所有點(diǎn)坐標(biāo)的均值來(lái)定位質(zhì)心N。在最終的 讀數(shù)識(shí)別環(huán)節(jié)，就以表盤中心O和該校準(zhǔn)點(diǎn)質(zhì)心N的 連線ON (所對(duì)應(yīng)的讀數(shù)為0.4)作為基準(zhǔn)參照線。
3.2 表盤分割
儀表表盤的中心位置有空洞而且有零件顯現(xiàn)，在指 針轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，這部分區(qū)域的變化給指針檢測(cè)帶來(lái)了很 大干擾。所以在檢測(cè)指針之前根據(jù)表盤尺寸比例以前 面檢測(cè)到的表盤中心為圓心對(duì)其進(jìn)行了環(huán)形切割，只保 留適合檢測(cè)的表盤區(qū)域。如圖3所示，分割后的表盤背 景簡(jiǎn)單，干擾較少。這樣可以避免對(duì)圖像進(jìn)行去噪處 理，既能提高效率又能提高系統(tǒng)的可靠性。
4.指針檢測(cè)和質(zhì)心提取
4.1指針檢測(cè)
在對(duì)儀表的10個(gè)測(cè)試值對(duì)應(yīng)幀進(jìn)行分割提取后， 基于三幀差法用每個(gè)測(cè)試值前后兩個(gè)測(cè)試值對(duì)應(yīng)幀減 去當(dāng)前測(cè)試值對(duì)應(yīng)幀。求差操作使得無(wú)變化的背景區(qū) 域變?yōu)榈拖袼刂担昂髤⒖紟闹羔槄^(qū)域本身也為黑 色(低像素值），所以在求差結(jié)果中只有當(dāng)前數(shù)值對(duì)應(yīng)的 指針區(qū)域變?yōu)楸肀P背景像素值(高像素值)。假設(shè)第n個(gè) 被測(cè)數(shù)值對(duì)應(yīng)的分割后圖像為In，其前后測(cè)試值對(duì)應(yīng) 參考圖像為1和In+1 (當(dāng)n = 1時(shí)，n - 1定義為10;當(dāng) n = 10時(shí)n + 1定義為1)，前后兩次求差結(jié)果分別為：
dback = In - 1 - In (1)
d forward = In + 1 - In (2)
為了提高可靠性，對(duì)兩次求差所得結(jié)果進(jìn)行二值化 處理并做邏輯與運(yùn)算得到顯示當(dāng)前值指針區(qū)域的二值 化圖像:
d = bw(dback) H bw(dLwaJ ( 3 )
其中bw()代表二值化處理。由于圖像背景簡(jiǎn)單，本方 案選擇以固定閾值進(jìn)行二值化。
圖4給出了某儀表的指針檢測(cè)結(jié)果，為了方便顯示 和節(jié)省空間，這里將10個(gè)檢測(cè)結(jié)果對(duì)應(yīng)的二值圖像進(jìn) 行疊加并對(duì)圖像求反以保證背景為白色?？梢园l(fā)現(xiàn)，當(dāng) 某個(gè)測(cè)試值對(duì)應(yīng)指針落在表盤刻度線或者數(shù)字位置上 時(shí)，檢測(cè)到的指針區(qū)域會(huì)留下前后參考幀的刻度線或者 數(shù)字印跡，即指針區(qū)域出現(xiàn)殘缺。接下來(lái)采用先膨脹后 腐蝕的閉運(yùn)算來(lái)初步修復(fù)殘缺指針，圖4(b)顯示了進(jìn)行 閉運(yùn)算處理后的結(jié)果。
4.2質(zhì)心提取
在得到代表測(cè)試值對(duì)應(yīng)指針區(qū)域位置信息的二值 化圖像后，可以通過(guò)連通域檢測(cè)來(lái)獲取區(qū)域信息，并計(jì) 算區(qū)域質(zhì)心以對(duì)其進(jìn)行定位。從圖4可以看出，盡管閉 運(yùn)算可以初步修復(fù)殘缺指針，這些指針區(qū)域仍然存在缺 角或者邊緣不連貫的現(xiàn)象。傳統(tǒng)方法取區(qū)域內(nèi)所有點(diǎn) 的坐標(biāo)平均值來(lái)當(dāng)作區(qū)域質(zhì)心坐標(biāo)，當(dāng)指針區(qū)域出現(xiàn)殘 缺時(shí)使用這種方法會(huì)使質(zhì)心偏移而影響識(shí)別精度。最 直接的修正區(qū)域質(zhì)心的方式是采用最小外接矩形或者 橢圓來(lái)包絡(luò)區(qū)域，然后用外接形狀的中心作為其質(zhì)心。 但是這些方法需要進(jìn)行多次擬合，效率不高。
如圖5所示，本文根據(jù)指針區(qū)域是近似矩形的先驗(yàn) 知識(shí)，從指針區(qū)域的八方向極值點(diǎn)中篩選最接近指針區(qū) 域最小外接矩形對(duì)角頂點(diǎn)的兩點(diǎn)，然后取這兩點(diǎn)的中點(diǎn) 作為質(zhì)心。詳細(xì)算法如下：
對(duì)指針檢測(cè)結(jié)果對(duì)應(yīng)二值圖像進(jìn)行連通域檢 測(cè)，得到10個(gè)指針區(qū)域Rn，n = 1，2，...，10。
如圖5(a)和圖5(b)所示，在指針區(qū)域Rn內(nèi)的所 有點(diǎn)中，尋找該區(qū)域上、下、左和右4條邊界上的點(diǎn)。按 順時(shí)針順序取區(qū)域在各邊界上的起點(diǎn)和終點(diǎn)組成區(qū)域 八方向極值點(diǎn)集合，并按上左、上右、右上、右下、下右、 下左、左下和左上的順序排列。如果區(qū)域在某邊界上的 極值點(diǎn)恰好只有一個(gè)，視該點(diǎn)為起點(diǎn)和終點(diǎn)的重合并進(jìn) 行重復(fù)提取。這樣保證每個(gè)區(qū)域都有8個(gè)極值點(diǎn)，記為 P，i = 1，2，…，8。
將各個(gè)卩免按順時(shí)針順序連接，得到勾勒出區(qū)域 輪廓的8條線段，兩個(gè)重合極值點(diǎn)構(gòu)成的線段長(zhǎng)度為0。 記從第i點(diǎn)出發(fā)的線段為h = PiP，i = 1，2，…，8。當(dāng)i <7 時(shí)，，=i + 1，當(dāng)i = 8時(shí)，線段18的末端點(diǎn)為Pi。因此對(duì) j的取值用下式進(jìn)行轉(zhuǎn)換：
j = f (i + 1) = (i + 1) mod 8 + 1{((i + 1) mod 8) == 0} x 8 (4) 其中mod代表模運(yùn)算。而1{}代表指示函數(shù)：當(dāng) ((i + 1) mod 8) == 0 ”條件成立時(shí)取值為1，不成立時(shí)取 值為0。這樣既能保證i = 8時(shí)j取值為1，又能防止i = 7 時(shí)j的結(jié)果被模8運(yùn)算設(shè)置為0。
如圖5(c)所示從所有I!中選擇最長(zhǎng)的線段lk ：
lk = PkPf (k +1) (5)
其始端點(diǎn)為Pk，末端點(diǎn)為Pf(k +1)，該線段方向是指針長(zhǎng) 軸方向的概率最大。則最長(zhǎng)邊lk后的第4條線段為其 鏡像邊I\ :
廠 k = Pf Ok + 4) Pf(k + 5) (6）
其按順序連線
圖5指針質(zhì)心提取示意圖
最長(zhǎng)極值點(diǎn)連線的 鏡像
和第(3)步一樣， 這里需要對(duì)k + 1、k + 4和k + 5進(jìn)行公式(4)所示的轉(zhuǎn)換 以保證其取值是[1，8]內(nèi)的整數(shù)。如果所有l(wèi)中的最長(zhǎng) 邊有多個(gè)，則取其鏡像邊最長(zhǎng)的情況，如果鏡像邊也都 一樣長(zhǎng)則取k最小的組合。記Pk為點(diǎn)A，Pf(k +1)為點(diǎn)B，
Pf(k + 4)為點(diǎn) C，Pf(k + 5)為點(diǎn) D。
在最長(zhǎng)邊AB兩端點(diǎn)和鏡像邊CD兩端點(diǎn)間做 對(duì)角連線，此時(shí)較長(zhǎng)對(duì)角連線的兩端點(diǎn)最接近區(qū)域最小 近外接矩形的對(duì)角頂點(diǎn)，取這兩端點(diǎn)的中點(diǎn)作為第n個(gè) 指針的估計(jì)質(zhì)心Mn。
該算法通過(guò)兩次篩選，在指針缺角或者有邊緣凹陷 時(shí)可以獲取理想指針區(qū)域的近似質(zhì)心，從而起到修正作 用，而且避免了尋找區(qū)域外接形狀所需的擬合操作。
5.讀數(shù)識(shí)別
在得到指針區(qū)域的近似質(zhì)心后，連接表盤中心O和 指針區(qū)域Rn的質(zhì)心Mn，以O(shè)Mn和3.1節(jié)中所得基準(zhǔn)線 ON的夾角為依據(jù)來(lái)識(shí)別該指針的讀數(shù)。如圖6所示， 在計(jì)算夾角時(shí)將以O點(diǎn)為原點(diǎn)的直角坐標(biāo)系縱軸正半 軸作為參照，分別計(jì)算ON相對(duì)于縱軸正半軸的偏轉(zhuǎn)角 度和OMn相對(duì)于縱軸正半軸的偏轉(zhuǎn)角度，再將兩者求 差得到OMn相對(duì)于ON的偏轉(zhuǎn)角度。本文統(tǒng)一定義偏 轉(zhuǎn)角度的取值在[-n，n]之間，且逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)角度為負(fù)， 順時(shí)針偏轉(zhuǎn)角度為正。
其始端點(diǎn)為Pf(k + 4)，末端點(diǎn)為Pf(k + 5)
圖像坐標(biāo)系以圖像左上角點(diǎn)為原點(diǎn)且坐標(biāo)向右向 下遞增，這與以O為原點(diǎn)的直角坐標(biāo)系有所不同。為了 進(jìn)行直觀表示，這里首先對(duì)O、N和質(zhì)心點(diǎn)Mn進(jìn)行坐 標(biāo)轉(zhuǎn)化，假設(shè)O點(diǎn)的原坐標(biāo)為（x。，yO)，任一 Q點(diǎn)原坐 標(biāo)為(xe，yQ)，則Q點(diǎn)轉(zhuǎn)換后的坐標(biāo)為：
xQ = xQ -xO (7)
y Q = -(yQ- yc) (8)
經(jīng)過(guò)變換，o點(diǎn)的坐標(biāo)變?yōu)?span>（0，0)，以o為原點(diǎn)的 直角坐標(biāo)系中的點(diǎn)坐標(biāo)向右向上遞增。圖6和后續(xù)章 節(jié)中的xN、yN、xM。和yMn分別代表變換后的N點(diǎn)和質(zhì)
心Mn的橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)。圖6僅給出了 N點(diǎn)落在以O(shè) 為原點(diǎn)的直角坐標(biāo)系第二象限時(shí)，指針質(zhì)心Mn落在各 個(gè)象限的情況。
在儀表被固定后，其校準(zhǔn)點(diǎn)N相對(duì)于縱軸正半軸 只會(huì)有小范圍左右偏轉(zhuǎn)，即N點(diǎn)落在以O(shè)為原點(diǎn)的直 角坐標(biāo)系第一象限或第二象限，此時(shí)yN均為非負(fù)。 ON相對(duì)于縱軸正半軸的偏轉(zhuǎn)角度可以定義為：
aON = arCtan(XN)，yN > 0 (9)
N在第一象限時(shí)xN為正，角度為正，ON相對(duì)于縱軸正 半軸順時(shí)針偏轉(zhuǎn)；N在第二象限時(shí)Xn為負(fù)，角度為負(fù)， ON 相對(duì)于縱軸正半軸逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)。
而指針質(zhì)心Mn可能落在以O(shè)為原點(diǎn)的直角坐標(biāo) 系的各個(gè)象限。當(dāng)Mn落在第一象限或者第二象限時(shí)， 和N點(diǎn)一樣OMn相對(duì)于縱軸正半軸的偏轉(zhuǎn)角度定義為：
(aOM = arctan(xM ~M )，yM > 0 (10）
當(dāng)Mn點(diǎn)落在第三象限時(shí)arctan(xM /yM )為正且代 表OMn與縱軸負(fù)半軸的夾角。此時(shí)OMn相對(duì)于縱軸正 半軸逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)，所以考慮到角度定義的正負(fù)將其與縱 軸正半軸的偏轉(zhuǎn)角度定義為：
a3OM =-(兀-arctan(^M ~M》，xM < 0，yM < 0 (11)
n n n n n
同理，當(dāng)Mn點(diǎn)落在第四象限時(shí)arctan(xMn為負(fù)且 其絕對(duì)值代表OMn與縱軸負(fù)半軸的夾角，則OMn相對(duì) 于縱軸正半軸的偏轉(zhuǎn)角度定義為：
a4OM =兀 + arctan(xM !yM )，xM > 0，yM < 0 (12)
n n n n n
這樣OMn相對(duì)于ON的偏轉(zhuǎn)角度為：
Pn = aOMn - aON (13)
且OMn相對(duì)于ON逆時(shí)針偏轉(zhuǎn)時(shí)角度為負(fù)，反之為正。 而ON對(duì)應(yīng)的讀數(shù)為0.4，整個(gè)儀表讀數(shù)范圍是1且圖2(a) 所示的刻度區(qū)域圓弧對(duì)應(yīng)的角度y為已知參數(shù)，所以 OMn對(duì)應(yīng)的讀數(shù)為：
vom, = 0.4 + 凡/Y (14)
6.實(shí)驗(yàn)結(jié)果
最后基于MATLAB對(duì)整體方案進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)與測(cè) 試，采集到的圖像尺寸調(diào)整為531x800，圓檢測(cè)時(shí)的二 值化閾值為0.5，指針檢測(cè)時(shí)的二值化閾值為0.3，閉運(yùn) 算處理中的膨脹和腐蝕均選用3x3大小的方形結(jié)構(gòu)元 素。在質(zhì)心提取階段，還采用了區(qū)域點(diǎn)坐標(biāo)平均法和最 小外接矩形法與本文所提出的方法進(jìn)行對(duì)比。在用最 小外接矩形對(duì)指針區(qū)域進(jìn)行包圍時(shí)，直接使用了文獻(xiàn)的算法，它是目前較為通用的快速尋找區(qū)域最小外接矩 形的方法。
本文采用Hough變換進(jìn)行表盤外圓檢測(cè)和定位，后 續(xù)操作非常依賴于該檢測(cè)結(jié)果。為了說(shuō)明基于Hough 變換進(jìn)行表盤外圓檢測(cè)的有效性，圖7給出了對(duì)標(biāo)準(zhǔn)表 進(jìn)行檢測(cè)的結(jié)果示例，圖中虛線為檢測(cè)到的表盤外圓。 可以看出，通過(guò)Hough圓檢測(cè)能夠獲得理想的外圓輪 廓，這從直觀上說(shuō)明了采用Hough變換對(duì)表盤外圓進(jìn)行 檢測(cè)的有效性。為了驗(yàn)證其可靠性，本文對(duì)標(biāo)準(zhǔn)表的10 個(gè)測(cè)試值所對(duì)應(yīng)圖像都進(jìn)行了檢測(cè)，表1給出了每次檢 測(cè)到的圓心坐標(biāo)及其相對(duì)于坐標(biāo)平均值的絕對(duì)偏差。 可以發(fā)現(xiàn)，檢測(cè)到的圓心坐標(biāo)在x軸上的最大絕對(duì)偏差 為0.3個(gè)像素，而在y軸上的最大絕對(duì)偏差也僅為0.5個(gè) 像素。這說(shuō)明基于Hough圓檢測(cè)進(jìn)行表盤中心定位不 但有效而且可靠。
圖8是采用本方案對(duì)標(biāo)準(zhǔn)表進(jìn)行自動(dòng)讀數(shù)識(shí)別時(shí) 的質(zhì)心提取結(jié)果整體示意圖?？梢钥闯?，不管指針是否 有殘缺，檢測(cè)到的質(zhì)心基本都在理想質(zhì)心所在的圓上， 且位于區(qū)域中心。表盤中心與各指針質(zhì)心的連線基本 與指針?lè)较蛑睾?/span>，說(shuō)明了本文所提方案的有效性。
圖9給出了使用不同方法提取標(biāo)準(zhǔn)表指針質(zhì)心時(shí)， 較完整指針和殘缺指針的質(zhì)心提取結(jié)果?？梢园l(fā)現(xiàn)，在 檢測(cè)到的指針相對(duì)完整時(shí)，三種方法所得質(zhì)心基本重 合。而指針有殘缺時(shí)，本文所提出的方法所得質(zhì)心仍重 合于或接近于采用最小外接矩形法所得到的質(zhì)心，而采 用區(qū)域點(diǎn)坐標(biāo)平均法得到的質(zhì)心有明顯偏移。
為了對(duì)各種方法進(jìn)行定量比較，表2給出了采用各 種指針質(zhì)心提取方法所得到的10個(gè)測(cè)試值讀數(shù)識(shí)別結(jié) 果，表3給出了對(duì)應(yīng)的誤差分析結(jié)果。與人工讀數(shù)方法 相比，采用區(qū)域點(diǎn)坐標(biāo)平均法得到的讀數(shù)識(shí)別結(jié)果的最 大相對(duì)誤差為1.6%，而采用本文方法得到的讀數(shù)識(shí)別 結(jié)果的最大相對(duì)誤差僅為0.9%。與最小外接矩形法相 比，采用區(qū)域點(diǎn)坐標(biāo)平均法得到的讀數(shù)識(shí)別結(jié)果的最大 相對(duì)誤差為1.0%，而采用本文方法得到的讀數(shù)識(shí)別結(jié) 果的最大相對(duì)誤差僅為0.4%?？傊谥羔樰^完整時(shí)，三種方法獲得的讀數(shù)基本一致;而在指針不完整時(shí)，相 比于最小外接矩形方法，區(qū)域點(diǎn)坐標(biāo)平均法所得讀數(shù)有 更大偏差。圖9、表2和表3的結(jié)果說(shuō)明本文所提出的基 于極值點(diǎn)篩選進(jìn)行質(zhì)心提取的方法能夠有效修正質(zhì)心 偏移，取得近似于最小外接矩形方法的精度。
本文所提出的質(zhì)心提取方法的實(shí)質(zhì)是對(duì)指針區(qū)域 的八方向極值點(diǎn)進(jìn)行兩次篩選，不需要擬合區(qū)域外接形 狀，理論上的時(shí)間消耗會(huì)低于最小外接矩形方法。為了
可以看出，本文所提出的質(zhì)心檢測(cè)方法所消耗的時(shí) 間不到最小外接矩形方法的50%，而且其時(shí)間消耗相比 于區(qū)域點(diǎn)坐標(biāo)平均法僅有微弱增加。實(shí)驗(yàn)結(jié)果說(shuō)明本 文所提方法能用對(duì)這些方法的效率進(jìn)行對(duì)比，表4給出了用三種方法進(jìn) 行質(zhì)心提取時(shí)，從指針檢測(cè)開始到識(shí)別出讀數(shù)的時(shí)間消 耗。該時(shí)間是重復(fù)運(yùn)行20次程序得到的平均結(jié)果，測(cè) 試系統(tǒng)配置為：ntel® Core? 2 Duo-2.1 GHz CPU，GB 內(nèi)存。
更少的時(shí)間消耗獲得與最小外接矩形 方法相比擬的識(shí)別精度，這在其他采用更高分辨率圖像 的應(yīng)用中會(huì)更有意義。
7.結(jié)朿語(yǔ)
本文針對(duì)實(shí)際應(yīng)用提出了一種通過(guò)對(duì)區(qū)域八方向 極值點(diǎn)進(jìn)行篩選來(lái)提取矩形區(qū)域質(zhì)心的方法，并結(jié)合幀 差法和角度法進(jìn)行指針式儀表的讀數(shù)識(shí)別。實(shí)驗(yàn)結(jié)果 表明該質(zhì)心提取方法能夠以較低的時(shí)間消耗有效地修 正殘缺指針質(zhì)心偏移，系統(tǒng)整體方案可以獲得良好的讀 數(shù)識(shí)別效果。盡管該方案針對(duì)性強(qiáng)，它仍能夠給類似應(yīng) 用帶來(lái)借鑒。而且基于區(qū)域極值點(diǎn)的質(zhì)心提取方法也 可以被應(yīng)用于其他對(duì)近似矩形區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)和定位的 案例。
