[发明专利]一种指针式仪表读数校正方法

说明书

本发明公开了一种指针式仪表读数校正方法，首先获得一个正面拍摄的表盘图片，并用手动或者自动识别的方式标定出三个特征点，然后需要在所有的需要补偿的倾斜表盘图片上用手动或者自动识别的方式标出对应的三个特征点，并计算出正面拍摄的表盘映射到歪斜表盘的仿射变换矩阵，再根据放射变换矩阵的参数，计算出歪斜表盘相对于摄像机的旋转角度，最后根据角度，计算出表盘的三维旋转矩阵，从而计算出指针的补偿角度。本发明利用仿射变换矩阵与立体表盘的三维旋转矩阵参数之间的关系，较精确地计算出表盘相对于摄像机的旋转角度，结合三维旋转矩阵，从立体几何学的角度，实现了在不同倾斜表盘、不同指针角度下对指针式表盘的示数进行较为精确的补偿。

技术领域

本发明属于仪表盘图像处理技术领域，更具体地，涉及一种指针式仪表读数校正方法。

背景技术

仪表盘结构简单，维护方便，不受磁场干扰，由于其可靠性高、价格低等优点，在科学实验和工业生产中具有广泛应用。这些仪器的指针结果通常是人工获得的，费时费力，还会导致阅读错误。阅读速度变慢、效率降低、重复率提高，这些都会对结果的准确性产生显著的影响。因此，使用计算机系统自动准确地读出表盘仪表的结果是一个迫切需要解决的问题。

在实际的生产过程当中，拍摄的仪表图像中表盘的倾斜程度对计算机系统读出结果的准确性影响非常大。然而，大部分情况下拍摄到的仪表图像都不能保证表盘的倾斜程度，或多或少会有一些歪斜，又由于表盘的指针和表盘刻度并不是在一个平面内，所以对歪斜的表盘直接进行读数会产生视觉偏差，即使是人眼这个偏差也是存在的。

传统的用计算机视觉的方法读取表盘示数，对于歪斜的表盘通常会用仿射变换的方法，仿射变换是图像处理领域当中被广泛应用的一种图像变换技术。因其在图形变换、图像矫正等计算机视觉领域的诸多任务上的出色表现而备受欢迎。而仿射变换的核心就是仿射矩阵。通过仿射矩阵将表盘拉正，但是仿射变化的拉正方法是在二维平面上的“纠正”，也就是说，如果原始样本图片中指针和刻度盘相交于2点钟，仿射变换之后的图片上，指针和刻度盘仍然是相交在两点钟，再对仿射变换之后的图片进行示数的读取，仍然没有将视觉偏差考虑在内。因此，如何提高仪表读数的精度，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种指针式仪表读数校正方法，用以解决现有用于读取仪表指针示数的计算机读取算法因采用仿射变换算法不能克服空间指针高度带来的视觉误差导致读数精度不高的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种指针式仪表读数校正方法，包括：

步骤1、基于特征点分别在仪表盘的无歪斜图像和有歪斜图像中的像素坐标，计算无歪斜图像和有歪斜图像之间的仿射变换矩阵；

步骤2、基于仿射变换矩阵和正面摄像机的表盘相对摄像机而旋转的三维旋转矩阵的部分参数成比例，计算表盘相对摄像机的三维旋转矩阵；

步骤3、基于所述有歪斜图像中指针示数和所述三维旋转矩阵，得到指针实际像素坐标，基于该实际像素坐标和表盘尺寸，得到指针实际读数。

本发明的有益效果是：本发明引入旋转矩阵，旋转矩阵是物体在三维空间坐标系中旋转过程的数学抽象概念，通过旋转矩阵可计算出物体旋转后的空间坐标，基于仿射变换矩阵与旋转矩阵之间在投影方向上的比例关系，得到三维旋转矩阵，基于三维旋转矩阵进行指针实际读数的推算。本发明将仿射变换矩阵与三维旋转矩阵结合，从三维的角度，有效克服空间上由于指针与表盘之间具有一定的距离导致的视觉误差，提高了读数精度。

上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述特征点包括起始刻度点、中间刻度点、终止刻度点。

本发明的进一步有益效果是：选取特征点，进行示数读取，数据采集，方便快捷。

进一步，所述步骤1包括：