(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210606324.4 (22)申请日 2022.05.31 (71)申请人 中煤科工 机器人科技有限公司 地址 518054 广东省深圳市南 山区粤海街 道科技园社区科苑路15号科兴科学园 A栋A1-13 02-16 申请人 中煤科工集团沈阳研究院有限公司 (72)发明人 王雷　李媛媛　朱玉芹　张维娜　 姜宇　李驰　赵红菊　赵文渤　 张旭　 (74)专利代理 机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 专利代理师 李珉 (51)Int.Cl. G06V 10/25(2022.01)G06V 10/28(2022.01) G06V 10/44(2022.01) G06V 10/26(2022.01) G06V 30/146(2022.01) G06V 30/162(2022.01) G06V 30/18(2022.01) G06V 30/148(2022.01) (54)发明名称 一种基于梯度变换的方形指针式仪表示数 识别方法 (57)摘要 本发明公开一种基于梯度变换的方形指针 式仪表示数识别方法， 方法首先采集方形指针式 仪表的表盘RGB图像并转成灰度图； 计算灰度图 的水平梯度和垂直梯度， 得到两个梯度变换矩 阵； 然后将梯度变换矩阵经过二值化留下所有梯 度变化明显的直线， 并过滤掉不满足仪表边缘的 直线， 并将矩阵合并； 接着通过Harris角点检测 定位方形仪表表 盘四角坐标， 通过坐标抠取仪表 盘的图像， 并统一表盘图像的大小； 再然后利用 霍夫直线检测的方法提取表盘图像中的所有直 线， 根据表盘的特征从检测出的直线中找出指针 直线； 最后根据指针直线与起点直线夹角、 起点 直线与终点直线夹角以及量程计算示数。 本发明 较模板匹配的方法可以提高仪表检测的速度， 并 能提高示数识别的准确度。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 114821044 A 2022.07.29 CN 114821044 A 1.一种基于梯度变换的方 形指针式仪表示数识别方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1： 采集方形指针式仪表的表盘RGB图像， 将图像转成灰度图； 根据灰度图中仪表边 框为黑色、 表盘中心 为白色的特征利用水平梯度和垂直梯度的计算方式得到两个梯度变换 矩阵； 步骤2： 将这两个梯度变换矩阵经过二值化留下所有梯度变化明显的直线， 并过滤掉不 满足仪表边 缘的直线， 然后将矩阵合并； 步骤3： 通过Harris角点检测定位方形仪表表盘四角坐标， 通过坐标抠取仪表盘的图 像， 并统一表盘图像的大小； 步骤4： 利用霍夫直线检测的方法提取表盘图像 中的所有直线， 根据表盘的特征从检测 出的直线中找出指针直线； 步骤5： 根据指针直线与起点直线夹角、 起点直线与终点直线夹角以及量程计算该仪表 的示数。 2.根据权利要求1所述的基于梯度变换的方形指针式仪表示数识别方法， 其特征在于， 所述步骤1的过程如下： 步骤1.1： 利用基于OpenCV的cvtcolor(COLOR_RGB2GRAY)函数将方形指针式仪表的表 盘RGB图像转成灰度图像； 步骤1.2： 利用方形指针 式仪表边缘为黑色， 表盘中央位置为白色的特征计算水平梯度 和竖直梯度， 得到水平梯度矩阵和竖直梯度矩阵； 步骤1.3： 利用梯度的基本定义， 计算图像 中的每个点在水平方向和竖直方向的方向导 数， 若方向导数为负数， 则取相应梯度值的绝对值， 若方向导数为 正数， 则梯度值 不变。 3.根据权利要求1所述的基于梯度变换的方形指针式仪表示数识别方法， 其特征在于， 所述步骤2的过程如下： 步骤2.1： 利用基于Op enCV的Threshold函数分别对水平梯度和垂直梯度变换矩阵进行 二值化处理， 将变化 率小的直线过 滤掉， 保留梯度变化明显的直线； 步骤2.2： 利用合并n行或列以及过滤的方法对二值化后的水平梯度和垂直梯度变换矩 阵进行不 合理直线筛查， 即删除过短或者过长的直线， 保留满足仪表边 缘长度的直线； 步骤2.3： 利用基于OpenCV的bitwise_or函数将过滤后的水平梯度变换矩阵与竖直梯 度变换矩阵进行逻辑或运算， 得到合并之后的矩阵， 该矩阵包含仪表边缘的水平直线和竖 直直线。 4.根据权利要求1所述的基于梯度变换的方形指针式仪表示数识别方法， 其特征在于， 所述步骤3的过程如下： 步骤3.1： 利用基于harris的compute_harris_response函数将步骤2得到的图像进行 角点检测； 步骤3.2： 利用基于harris的get_harris_points函数将角点检测中高于阈值的4个角 点坐标筛选出来； 步骤3.3： 利用筛选出的4个角点坐标将仪表表盘从灰度图像中抠出来， 形成检测后的 表盘图； 步骤3.4： 利用OpenCV的resize函数将抠出来的表盘图像统一为同一尺寸的正方形 图 像。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114821044 A 25.根据权利要求1所述的基于梯度变换的方形指针式仪表示数识别方法， 其特征在于， 所述步骤4的过程如下： 步骤4.1： 利用基于OpenCV的GaussianBlur、 equ alizeHis、 threshhol d、 morphologyEx 和resize函数对步骤3得到的统一大小后的图像进行图像的预处 理； 步骤4.2： 利用基于OpenCV的HoughL inesP函数对预处 理后的图像进行霍夫直线提取； 步骤4.3： 利用表盘内部直线 的特征， 通过计算步骤4.2提取的直线到表盘中心点的欧 式距离和 计算步骤4.2提取 的直线距离表盘中心点较近的端点与表盘中心点的距离， 从所 有直线中找到 两距离值均最小的直线， 从而找出指针直线。 6.根据权利要求1所述的基于梯度变换的方形指针式仪表示数识别方法， 其特征在于， 所述步骤5的过程如下： 步骤5.1： 利用两条直线夹角的基本公式求出起 点直线与终点 直线的夹角 ɑ； 步骤5.2： 利用两条直线夹角的基本公式求出指针直线与起 点直线夹角 β； 步骤5.3： 判断起 点直线与终点 直线的夹角 ɑ是否为锐角， 若是则仪表示数计算公式为： 否则， 仪表的示数计算公式为： 权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114821044 A 3