基于改进Canny检测与Hough变换的仪表图像识别算法 |
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在改进Canny算法检测仪表边缘信息图像的基础上, 采用Hough变换是进行中心特征点提取最直接的算法。该算法根据数学模型上的参数空间计算累积结果的最大值, 检测出特定的直线和圆。该过程称为Hough变换。Hough变换技术可以有效地抑制图像中的特征点断裂现象, 同时也有非常好的容错性和鲁棒性。本文采用这种仪表识别算法来进行指针位置定位。 指针仪表识别算法主要是采用仪表刻度盘上的最大量程和初始量程之间的角度和指针中心线的角度之间的关系来计算出指针所指的仪表量程读数[10]。以Hough圆检测出的圆心作为直角坐标系的原点建立直角坐标系和图像的空间坐标系, 假设仪表的最小和最大量程范围为(Lmin, Lmax), 由之前的Hough圆检测出的圆心为原点O, 检测出的圆心为仪表表盘转动的轴心。 以电压表为例, 仪表指针所在的直线用表示, 仪表的初始刻度与转动轴心所连成的直线用表示, 仪表的最大刻度与转动轴心所连成的直线用表示。射线到X轴负方向的最小角度分别为φmax, φmin, φ, 其所成的角度范围是(-180°, 180°)。通过实验得出了仪表读数I和仪表指针之间关系, 推导出它们之间的表达式为 $ I=\frac{\Delta \phi}{\Delta \phi_{\mathrm{M}}} \times\left(L_{\max }-L_{\min }\right)+L_{\min } $ (16) 式中:Δφ——射线与之间的夹角; ΔφM——射线与之间的夹角。 Δφ与ΔφM可分别表示为 $ \Delta \phi=\left\{\begin{array}{ll} \phi-\phi_{\min }, & \phi \geqslant \phi_{\min } \\ \phi-\phi_{\min }+360^{\circ}, & \phi \lt \phi_{\min } \end{array}\right. $ (17) $\Delta \phi_{\mathrm{M}}=\left\{\begin{array}{ll}\phi_{\max }-\phi_{\min }, & \phi_{\max } \geqslant \phi_{\min } \\ \phi_{\max }-\phi_{\min }+360^{\circ}, & \phi_{\max }
图 6 压力表指针算法坐标系 以Hough圆检测的圆心为中心像素点建立直角坐标系, 并划分为4个区域, 表明指针的活动范围。 仪表指针的活动区域如图 7所示。
图 7 仪表指针的活动区域 不同区域中φ与θ的关系分析如下。 区域1:对应图 7中仪表表盘右上角区域, 在该区域的仪表指针与X轴负方向的夹角φ可以表示为 $\phi=90^{\circ}+\theta$ (19) 区域2:对应图 7中仪表的左上角区域, 在该区域的仪表指针与X轴负方向的夹角v为 $\phi=90^{\circ}-\theta$ (20) 区域3:对应图 7中仪表左下角区域, 在该区域的仪表指针与X轴负方向的夹角φ为 $90^{\circ}-\theta=360^{\circ}-\phi$ (21) 区域4:对应图 7中仪表右下角区域, 在该区域的仪表指针与X轴负方向的夹角φ为 $90^{\circ}-\theta+360^{\circ}-\phi=180^{\circ} \\ \phi=270^{\circ}-\theta$ (22) 通过Hough变换检测的仪表指针落在哪个区域, 根据式(19)~式(22)推导出仪表指针与X轴负方向的夹角φ, 再根据对应区域的公式算出Δφ, 最后由式(16)推导出仪表的指针读数I。 |
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