[发明专利]一种基于表盘特征的指针表定位及读数方法

说明书

本发明提供了一种基于表盘特征的指针表定位及读数算法，通过SIFT特征匹配，使表盘定位可以适应旋转和尺度变化，同时对SIFT匹配过程进行改进，过滤掉匹配中的异常点，使表盘定位更准确；针对现实指针表类型，本发明提出两种指针检测的方案，基于颜色的指针检测，基于扫描的指针检测。

技术领域

本发明涉及一种新的指针表定位及读数方法，基于表盘SIFT及指针颜色，形状特征的算法。

背景技术

在电力系统中，巡检机器人对于设备监控发挥重要作用。机器人根据预设巡检路径对试验区域的所有设备表进行巡检任务，采集表图像，分别生成对应巡检任务的所有表的识别结果。指针表在变电站所有设备信息中占很重要的一部分，开发一套针对指针表的定位读数算法对于巡检机器人有重要的现实意义。

该过程可以分为两个步骤，定位，根据预先标定的表盘模板提取特征，匹配整张图片中对应的表盘，并定位具体位置；确定指针位并读数，根据指针特征，确定指针的结束位置，根据预先标定的中心点，起始点，结束点，计算读数，返回。

目前第一步，现有的做法是模板匹配，根据预先标定的表盘模板，在大图像中搜寻目标，模板匹配是图像处理领域常见的匹配方法。模板匹配具有自身的局限性，主要表现在它只能进行平行移动，若原图像中的匹配目标发生旋转或大小变化，该算法无效。

针对第二步，目前现有的做法为边缘检测，霍夫直线寻找指针直线的位置。该方法对图像中每一个像素点，都需要计算所有的theta对一个的rho，运算量较大，速度较慢。对于表盘内形状复杂情况适应性不好。

发明内容

发明目的：针对上述方法存在的问题，本发明提出了一种基于表盘特征的指针表定位及读数方法。可以适应匹配表盘的旋转和尺度变化，减低指针检测运算，提升指针检测的鲁棒性。

技术方案：改进的表盘SIFT特征定位，和两种新的读数算法，基于颜色的指针检测和读数算法；基于扫描的指针检测和读数算法。步骤如下，

(1)数据标定：定义标定json数据格式，匹配模板的类型信息，以及读数需要的位置点标定和指针信息等；

(2)SIFT匹配：在获取到的图像上提取SIFT特征，匹配步骤(1)中模板的 SIFT特征，并完成匹配到的表盘的矫正，同时，修改步骤(1)的位置点；

(3)预处理：对于步骤(2)存在清晰度问题的表盘，在进行具体的检测之前首先需要对输入图片进行预处理。图像增强，高斯滤波等；

(4)基于颜色的指针检测：将步骤(3)获得的表盘，提取步骤(1)标定指针颜色区域，确定指针结束点；

(5)基于扫描的指针检测：将步骤(3)获得的表盘，二值化处理，并按照步骤(2)计算获得新的位置点信息，以中心点为圆心，从起始线向终点线扫描，确定指针结束点；

(6)计算刻度值：根据步骤(4)和(5)获得的结束点，结合步骤(2)的位置点，求得角度比例值，并结合步骤(1)获得量程信息，最终求得指针的刻度值，并返回。

数据标定具体包括，

(1.1)标定文件定义为json数据格式；

(1.2)具体标定内容包含模板名称，类型，位于图像的ROI区域，指针的中心位置点，以及颜色特征，量程的起始位置点，终止位置点，以及量程的起始值和总量程。

SIFT匹配具体包括，

(2.1)对模板及图像高斯模糊处理，滤波器大小设为(3*3)；

(2.2)对步骤(2.1)模板及图像的计算SIFT检测关键点及其对应的描述子，大小为n*128，n为检测关键点的个数，128为描述子的维数；