基於動態圖像處理的水錶識別方法與流程
2023-05-27 14:46:31
本發明屬於水錶的檢定，特別是指一種基於動態圖像處理的水錶識別方法。
背景技術：
水錶是國家重點管理的計量器具，廣泛運用於城鎮居民用水計量和工業生產用水計量，是貿易結算強檢計量器具，顯然水錶測量的準確性非常重要，而水錶檢定是保證水錶測量準確的必要手段。指針式水錶的檢定是按照國家質量監督檢驗檢疫總局於2009年4月30日頒布的《jjg162-2009冷水水錶檢定規程》對dn15-dn50口徑的指針式水錶進行檢定，對於指針式水錶的檢定項目主要有三類，即外觀和功能檢查、密封性檢查、示值誤差檢定。尤以最後一項作為檢定過程中的關鍵指標。
示值誤差檢定是檢定水錶的最小流量點q1、分界流量點q2、常用流量點q3三個流量點在水溫低於30℃環境下的誤差，是檢定準確度等級的根本體現。水錶的相對示指誤差e用百分數表示：
e＝[(vi-va)/va]×100％
式中va表示實際體積，即任意時間內流經水錶的水的總體積，通過標準器獲取的標準體積。vi表示指示體積，對應於實際體積，水錶所指示的水的體積。在進行檢定時，水錶的檢定低區(q1≤q＜q2)最大允許誤差為±5％，檢定高區最大允許誤差為±2％。
檢定過程中獲取指示體積，即獲取水錶實際用水量具有多樣化途徑，其中傳統的方法是人工讀表法，即人眼讀取水錶錶盤示值。人眼讀取水錶起始讀數，檢定結束後再次讀取水錶的終止讀數，將兩次讀數之差與標準器內的標準體積相比較，從而獲得水錶各流量點下的示指誤差，判定水錶是否合格。而水錶檢定是一項重複性強、視覺勞動強度大的工作，極易產生視覺疲勞，導致讀數錯誤。為了降低水錶檢測人員視覺疲勞，實現水錶自動化檢定，圖像識別技術作為具有一雙不會輕易疲勞的眼睛的技術成為提高水錶檢定速度的有效工具之一。基於圖像識別的水表示值自動讀數技術主要是利用相機對錶盤進行靜態拍照，然後利用計算機圖像處理與模式識別技術對採集到的圖像進行分析處理從而得到讀數結果。但這種方案也存在不足：一是拍攝獲取的照片質量容易受到環境的幹擾，如光的明暗亮度會影響照片的識讀效果，錶盤內的水珠甚至會造成拍攝的照片不能用於計算機識別；二是只能針對靜態錶盤拍照，限制檢定方法要採用啟停法，不易於提升檢定效率；三是識別準確率較低，有時錶盤裡個別指針圈被遮擋，計算機根本無法識別錶盤上的數據，通用性並不高。
為解決靜止拍照帶來的問題，現有動態水錶識別方法包括：一是雷射採樣抄表法。該方法是對始動梅花針進行採樣，對其變化量進行累加計算，獲得被檢水錶的變化量。由於雷射採樣是一個動態連續的過程，所以需要軟體提前錄入被檢水錶始動梅花針轉動的單位水量，一般梅花針和最後一位指針的減速比約為(11-15)：1，保證測量讀數的精度。但是梅花針與最後一位指針的減速比只是約數，並不是精確值，該值的變化會直接導致測量讀數的偏差，因此，該方法在準確度方面有待提高。二是脈衝法，脈衝法需在水錶上方安裝脈衝發射與接收裝置，水錶運轉之前，將發射的光束對準水錶計量指針，水錶運轉過程中，指針連續轉動遮擋光束的反射信號，脈衝裝置產生脈衝信號，計算機接收該信號並將其轉換成水錶的用水量。但是實際應用中本方法最不方便的是對焦問題，脈衝裝置發射的光束只有在對焦情況下才能獲得最強信號，才能獲得有效水錶用水量。而脈衝裝置的焦距非常狹窄，安裝時位置稍微變動就取不到信號，造成水錶識別結果不準確。
申請人檢索到的專利文獻包括：申請號為201310503204.2的專利申請中公開了一種水錶流量識別方法，該方法通過攝像頭連續拍攝水錶錶盤圖像，然後對指針當前轉過的總角度進行記錄，再計算識別過程中指針轉過的總圈數m,通過公式m×m×10獲得水錶流量，m為示指標盤對應的計量檔位。該方法中首先記錄並存儲每次拍攝圖片的相對角度值ai(相對角度值是指針相對於參考零度的角度值)，再依次比較連續兩張圖片的轉過角度值，並依次存儲所有對比的轉過角度值即絕對角度值bi，而每次計算連續兩張圖片絕對角度值會帶來一定誤差，最後將絕對角度值bi相加計算出指針轉過的總圈數m，多次誤差累積傳遞會加大計算的誤差值，降低了水錶用水量識別的準確性。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種基於動態圖像處理的水錶識別方法，計算方法中僅需要計算最後一次指針轉過角度與首次指針轉過角度的差值帶來的誤差，相對於多次差值累積計算的方法，大大減少了識別運算引起的誤差，提高了水錶用水量識別的準確性。
本發明的整體技術構思是：
基於動態圖像處理的水錶識別方法，包括如下步驟：
a、在水錶上方安裝攝像頭，攝像頭垂直水錶上方安裝，攝像頭安裝高度滿足其拍攝界面包括水錶錶盤所有示值標盤，所述水錶為包含紅色指針的指針式水錶；
b、攝像頭在水錶檢定階段以一定時間間隔被觸發拍攝水錶錶盤圖像，通過圖像採集卡傳輸至計算機；水錶錶盤圖像為水錶指針自始至終的動態圖像，攝像頭的最小幀數大於水錶處於過載流量時最低量級的流量標盤上指針每秒轉過圈數的2倍，所述一定時間間隔小於最低量級流量標盤上指針在過載流量下轉一整圈所需時間的1/2，即至少捕捉指針轉一圈過程中兩張圖像，上述一定時間間隔計算式為s＝(36000×n)/(q4×2)，其中q4為水錶的過載流量，根據計算式q4＝1.25×q3獲得，所述q3為水錶的常用流量，n為上述流量標盤對應的量級；
c、對步驟b中拍攝的水錶錶盤圖像進行預處理，進行去除圖像中的白色區域和黃色區域操作；
d、對步驟c中經過預處理後的圖片進行灰度化及圖像的二值化處理，使用八連通域算法對二值化後的圖片進行去噪點處理，獲得只包含有效紅色指針區域的指針圖；
e、對步驟d中獲得的只包含有效紅色指針區域的指針圖進行處理，利用投影法定位最低量級的流量標盤上的指針位置，計算其轉過的相對角度；
f、通過觸發信號控制攝像頭獲取水錶錶盤圖像，計算每個圖像中水錶指針轉過的相對角度，通過比較法計算水錶用水量。
本發明中各步驟的具體技術方案如下：
攝像頭較為優選的安裝方式是，所述的步驟a中攝像頭安裝高度使其所拍攝的水錶錶盤圖像布滿攝像區域。
所述的步驟c的具體方法如下：
步驟c1、對上述輸入水錶錶盤圖像進行去除白色區域操作
掃描水錶錶盤圖像，對每個像素點進行如下運算：
if[src(i,j).r)＞120&src(i,j).g＞120&src(i,j).b＞120]
dst(i,j)＝0
其中src(i,j).r、src(i,j).g、src(i,j).b分別依次代表水錶錶盤圖像上像素src(i,j)的紅色、綠色和藍色分量值，120是像素src(i,j)的rgb紅色、綠色和藍色分量值閾值，當像素src(i,j)的紅色、綠色及藍色分量值同時大於閾值120時，將該位置的像素點賦值0並顯示為黑色，獲得去除白色區域後的圖像dst(i,j)；
水錶錶盤圖像中錶盤區域的60％至80％為白色背景顏色，為消除白色區域對圖像二值化處理的幹擾，有效提取最低量級流量標盤上的紅色指針圖像特徵，進行去除白色區域操作。白色區域像素的紅色、綠色和藍色分量值按照近似等比組成，且實際應用環境由於光照影響，較亮白色區域對紅色指針提取的幹擾較大，因此申請人利用上述方案去除錶盤中白色區域。去除水錶錶盤白色雜質，使水錶錶盤圖像顏色更單一化，提高了圖像二值化準確性，保證了有效紅色指針的完整性。
步驟c2、對上述去除白色區域後的圖像進行去除黃色區域操作
利於以下計算公式去除水錶錶盤圖像中黃色區域：
if[dst(i,j).r)＞50&dst(i,j).g＞50]
dst1(i,j)＝0
50是像素dst(i,j)的紅色分量dst(i,j).r和綠色分量dst1(i,j).g的閾值，dst1為去除黃色區域後的水錶錶盤圖像,當像素dst(i,j)的紅色和綠色分量值同時大於閾值50時，將該位置的像素點賦值0並顯示為黑色，獲得去除黃色區域後的圖像dst1(i,j)。
水錶表殼及中罩材料一般採用鉛黃銅，即水錶錶盤圖像中的黃色區域，該黃色包含了紅色分量和綠色分量且紅色分量和綠色分量的比值近似1，由於自然光照影響，水錶錶盤圖像中會產生不同亮度的黃色，該黃色區域對有效紅色指針的提取產生幹擾，去除後水錶錶盤區域顏色更加單一化，進一步提高了步驟d處理圖像的準確度。
所述的步驟d包括如下步驟：
步驟d1、對預處理後的圖片進行灰度化處理
利用紅色通道分量值減去綠色通道分量值的差值作為灰度圖的灰度值，灰度化指圖像由三通道的彩色圖像轉換成單通道的灰度圖像的過程，灰度圖只含亮度信息，不含色彩信息，因此該操作使後續圖像的計算量變少，且仍能反映整幅圖像的整體和局部的色度和亮度級的分布和特徵。對於紅色指針區域的像素點，其紅色分量比藍色和綠色分量值高，因此利用紅色通道分量值減去綠色通道分量值的差值作為灰度圖的灰度值，目的是突出錶盤圖像中紅色指針。其計算公式如下：
dst2(i,j)＝dst1(i,j).r-dst1(i,j).g
dst2為水錶錶盤圖像的灰度圖
圖像灰度化有很多種，如最大值法、平均值法及加權平均法等，該步驟採用水錶錶盤圖像中的紅色通道分量值與綠色通道分量值作差法，該方法突出了水錶錶盤圖像中紅色信息，有利於步驟d2提取完整的紅色指針。
步驟d2、對步驟d1中的灰度圖通過適當的閾值選取獲得仍可反映圖像特徵的二值化圖像
圖像的二值化使圖像變得更簡單，圖像上的像素點的灰度值僅為0和255，不再涉及像素的多級值，圖像數據量減小，能凸顯出感興趣的目標的輪廓。利用otsu全局閾值法來獲得圖像分割閾值，閾值t使目標與背景兩類的類間方差最大，所有灰度大於或等於閾值t的像素被判定為紅色指針，其灰度值為255，所有小於閾值t的像素點判定為背景，灰度值為0；閾值分割表達式如下:
dst3為分割後的二值圖像；
步驟d3、利用八連通域算法提取水錶錶盤中紅色指針區域
圖像二值化不可避免地會將背景區域錯誤地分割為目標區域，為提取水錶錶盤中紅色指針區域，優選的技術方案是，利用八連通域算法統計每個連通域的面積，再根據面積大小提取有效紅色指針區域；根據所選攝像頭解析度大小，保留連通域面積大於1000的連通域，其餘部分像素賦值0，獲得只包含有效紅色指針區域的指針圖。該步驟去除了二值圖像中雜質的幹擾，保證了紅色指針區域的有效性和完整性。
步驟e包括如下步驟：
步驟e1、利用canny算子提取上述指針圖的邊緣，並通過霍夫變換圓檢測算法找出指針圓；霍夫變換圓檢測算法需設置待識別圓半徑範圍參數，通過觀測水錶指針圓半徑與整幅圖像的寬度比將圓半徑最小值設置為整幅圖像寬度的1/20，最大值設置為整幅圖像寬度的1/15。由於霍夫變換依據的是「投票」原則，誰的票數高那麼就說明滿足這個參數的圓形越飽滿，有可能檢測出不是指針圓的假圓。繼續選擇有可能的最低量級的流量標盤上的指針區域，對檢測出的指針圓圓心位置排序，找出圓心列坐標最低圓，然後以其圓心為中心，並選擇該圓半徑5倍的正方形區域作為指針區域，進一步精確定位上述指針位置，利用投影法分割獲得只包含最低量級的流量標盤上的指針區域，即上述指針為白色，背景為黑色的水錶指針區域先進行垂直投影，即列白色像素個數統計，記錄列白色像素個數由無變有及由有變無的對應列數，並且兩列間距大於水錶指針區域寬度1/6時，該列便為指針區域分界列；在兩列間對圖像進行水平投影，即行白色像素個數統計，記錄行白色像素個數由無變有及由有變無的對應行數，並且兩行間距大於水錶指針區域高度1/8時，該行即為指針區域分界行。將上述行列數作為指針分割位置，完成指針區域的精確定位，獲得只包含最低量級的流量標盤上的指針區域圖dst4；
步驟e2、計算最低量級的流量標盤上的指針的迴轉中心，水錶指針的迴轉中心有且只有一個，迴轉中心即物體的質心(質心是物體的質量中心，是研究物體機械運動的重要參考點)，在理論上，其質心是對物體的質量分布用加權平均法求出的平均中心。水錶指針形狀屬於平面薄片類型，水錶指針質心坐標(center.x，center.y)由以下公式獲得：
dst4(i,j)為在(i,j)位置處像素的灰度值大小，m、n分別代表dst4圖像中識別出的指針像素點在方向i,j上的個數，x、y分別代表質心位置橫縱坐標，由於指針區域圖dst4上像素點的像素值非0即255，而屬於指針的像素點其像素值為255，因此求取指針質心的過程即分別求取屬於指針像素點的橫縱坐標均值的過程。
步驟e3、確定指針指向，指針指向即為指針迴轉中心與指針針尖之間連線方向，由指針的形狀特徵可知，指針針尖所對應的位置均是距離指針迴轉中心最遠的位置，利用逐點掃描法獲得指針上距離指針迴轉中心最遠的距離distance，其計算如下：
其中point為指針上像素點，point.x及point.y為point點所對應的橫坐標和縱坐標，max為所求距離中最大值，以指針圓迴轉中心為圓心，以指針上所有像素點為搜索對象，尋找指針上像素點到迴轉中心距離為[0.9×distance,distance]的像素，計算符合條件的像素點的質心，該質心與指針迴轉中心連線方向即為指針方向；
理論上最遠距離對應的像素點即為指針針尖處，但實際中存在提取指針出現平針針尖情況，這種情況會導致指針方向識別出現誤差，因此利用指針針尖處滿足一定距離的像素點的質心與指針迴轉中心的連線確定為指針方向。以指針圓迴轉中心為圓心，以指針上所有像素點為搜索對象，尋找指針上像素點到迴轉中心距離為[0.9×distance,distance]的像素，計算符合條件的像素點的質心，該質心與指針迴轉中心連線方向即為指針方向。
步驟e4、取dst4圖像中垂直方向為參考零度，計算指針轉過的相對角度θ；以指針圓迴轉中心為原點建立坐標系，通過計算指針方向與坐標垂直方向夾角來獲取指針轉過相對角度，其計算公式如下:
△x＝point.x-center.x
△y＝point.x-center.y
tanθ＝△x/△y
當指針方向連線位於第一象限時，△x＞0，△y＞0，θ＝pi-atan(△x/△y)；當指針方向連線位於第二象限時，△x＞0，△y＜0，θ＝atan(△x/△y)；當△x＝0，△y＞0時說明指針指向y軸正方向θ＝π，當△x＝0，△y＜0時說明指針指向y軸負方向θ＝0；當指針方向連線位於第三象限時，△x＜0，△y＜0，θ＝2×pi-atan(△x/△y)；當指針方向連線位於第四象限時，△x＜0，△y＞0，θ＝pi+atan(△x/△y)；當△x＞0，△y＝0時說明指針指向x軸正方向θ＝π/2，當△x＜0，△y＝0時說明指針指向x軸負方向θ＝3π/2。
所述的步驟f具體為：水錶檢定期間攝像頭不斷被觸發拍照，按照步驟c-e識別出每張圖像中水錶指針轉過的相對角度θi，其中0≤i≤m，m為自然數，判斷連續兩張圖像中當前圖像水錶指針的相對角度相對於上一張圖像中水錶指針的相對角度，若兩次角度作差差值絕對值小於5°，說明水錶指針沒有轉動；若兩次角度作差差值大於5°，則說明水錶指針正常轉動，水錶總圈數n保持不變；若兩次角度作差差值小於-5°，則說明水錶指針已經轉過一圈，令水錶轉過圈數n＝n+1，且不需要保留兩次角度差值；
具體計算過程如下：
for(i＝1；i≤m；i++)
{if[(θi-θi-1)＜-5]n＝n+1}
其中n為攝像頭最後一次觸發拍照指針轉過的整圈數，水錶用水量用以下公式求得：
c＝[n+(θm-θ0)/360]×n×10
其中c為水錶檢定過程中水錶的總用水量，n為流量標盤對應的量級。
還包括一步驟g，該步驟是將步驟f中得到的水錶流量與水錶標準器的測量值作比較，依據冷水水錶檢定規程判定該水錶是否合格，水錶標準器為標準流量計，標準流量計的測量值通過plc直接讀取。
申請人將本發明中公開的方法與對比文獻中的方法進行如下比較：
本發明與申請號為201310503204.2中公開的現有技術中的方法相比較，優勢表現為如下：
攝像頭連續拍照，假設每張照片中水錶指針相對角度為xi，(0≤i≤n)，n為水錶檢定過程中拍攝的水錶照片個數。由於現有水錶檢定設施和計算指針相對角度算法的影響，識別指針相對角度時會產成誤差角度△xi，(0≤i≤n)，n為水錶檢定過程中拍攝的水錶照片個數。申請號為201310503204.2的專利文獻中首先計算相對於上一次轉過的角度b＝[b(0)，b(1)，…，b(i)，…，b(n)]，那麼集合b運算產生的誤差角度△x＝[(△x0+△x1)，(△x1+△x2),△(xi-1+△xi)，…，(△xn-1+△xn)]，接著計算b(0)+b(1)+…+b(i)+…+b(n)得到總共轉過的角度，而上述操作產成的誤差角度和為△θ＝△x0+△xn+2×(△x1+△+xi+△+△xn)。本發明方法只需比較連續兩次相對角度的大小，當相對於上一次轉過的角度小於0時，水錶轉過圈數n＝n+1，最後依據公式α＝n×360+(xn-x0)得到指針總共轉過的角度，上述操作產生的誤差角度為△α＝△x0+△xn。本發明提出的算法與現有技術相比計算總共轉過角度誤差減少了β＝△θ-△α＝2×(△x1+△+xi+△+△xn)，從水錶檢定過程要求精確考慮，本發明提出的算法產生的誤差更小，計算的水錶用水量更精確。
本發明所具備的實質性特點和取得的顯著技術進步在於：
1、本發明對水錶錶盤圖像進行預處理，去除水錶錶盤白色區域和黃色區域，將其統一置為黑色區域，使水錶錶盤顏色更加單一化，消除顏色信息對水錶錶盤圖像二值化的幹擾，提高水錶指針提取的完整性。
2、根據指針本身顏色信息，通過紅通道的灰度值與綠通道的灰度值做差，獲得圖像灰度圖，突出水錶錶盤紅色信息，有利於水錶紅色指針的提取。
3、確定最小量級示指標盤上指針圓心。利用質心法求取指針迴轉中心(即指針圓心)，有效提高了圓心識別準確性。
4、利用質心法確定指針針尖位置。通過尋找指針上像素點到迴轉中心距離為[0.9×distance,distance]的像素，計算符合條件的像素點的質心，確定該質心為指針針尖位置，提高了指針針尖定位準確性。
5、利用算法定位最小量級標盤位置，計算動態指針的轉過角度統計水錶檢定過程中水錶用水量，較現有技術準確度及精確性明顯提高。
附圖說明
圖1為本發明水錶表面的示意圖。
圖2為本發明的流程示意圖。
圖3為本發明中步驟c預處理流程示意圖。
圖4為本發明中步驟d灰度轉換及二值化流程示意圖。
圖5為本發明中步驟e定位指針計算角度流程示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明的實施例做進一步描述，但不作為對本發明的限定，本發明的保護範圍以權利要求記載的內容為準，任何依據說明書做出的等效技術手段替換，均不脫離本發明的保護範圍。
本實施例的整體技術構思如圖示，其中水錶錶盤有五位跳字，四個紅指針和一個梅花指針組成，跳字錶盤為五個黑字組成。水錶的讀數一般是按噸算的，但是水錶檢定過程中五個黑字一般不具有實際指導意義，四個紅指針示值標盤按順時針方向，依次是十分位針(×0.1)、百分位針(×0.01)、千分位針(×0.001)、萬分位針(×0.0001)。×0.0001的指針轉一圈，×0.001的指針轉一格；×0.001的指針轉一圈，×0.01的指針轉一格；×0.01的指針轉一圈，×0.1的指針轉一格。
對於指針式水錶的檢定項目主要有三類，即外觀和功能檢查、密封性檢查、示指誤差檢定。尤以最後一項作為檢定過程中的關鍵指標。示值誤差檢定是檢定水錶的最小流量點q1、分界流量點q2、常用流量點q3三個流量點在水溫低於30℃環境下的誤差，是檢定準確度等級的根本體現。水錶的相對示指誤差e用百分數表示：
e＝[(vi-va)/va]×100％
式中va表示實際體積，即任意時間內流經水錶的水的總體積，通過標準器獲取的標準體積。vi表示指示體積，對應於實際體積，水錶所指示的水的體積。在進行檢定時，水錶的檢定低區(q1≤q＜q2)最大允許誤差為±5％，檢定高區最大允許誤差為±2％。
檢定過程按照如下方式進行：
a、在水錶上方安裝攝像頭，攝像頭垂直水錶上方安裝，攝像頭安裝高度使其所拍攝的水錶錶盤圖像布滿攝像區域。所述水錶為包含紅色指針的指針式水錶。水錶讀數精度為萬分位的低一個數量級，即圖1中萬分位的流量標盤每一小格的十分之一。
b、開始檢定測試，攝像頭在水錶檢定階段以一定時間間隔被觸發拍攝水錶錶盤圖像，通過圖像採集卡傳輸至計算機；水錶錶盤圖像為水錶指針自始至終的動態視頻圖像，攝像頭的最小幀數大於水錶處於過載流量時最低量級的流量標盤上指針每秒轉過圈數的2倍，所述一定時間間隔小於最低量級流量標盤上指針在過載流量下轉一整圈所需時間的1/2，即至少捕捉指針轉一圈過程中兩張圖像，上述一定時間間隔計算式為s＝(36000×n)/(q4×2)，其中q4為水錶的過載流量，根據計算式q4＝1.25×q3獲得，所述q3為水錶的常用流量，n為上述流量標盤對應的量級；如圖1中水錶的常用流量q3為4m3/h。水錶最低量級示指標盤上指針在常用流量狀態下指針轉速相對於在分界流量q2及最小流量q1下是最快的，因此觸發攝像頭拍攝最短時間間隔小於最低量級示指標盤上指針在最大流量下轉一圈所需時間的1/2。
c、對步驟b中拍攝的水錶錶盤圖像進行預處理，進行去除圖像中的白色區域和黃色區域操作。
所述的步驟c的具體方法如下：
步驟c1、對上述輸入水錶錶盤圖像進行去除白色區域操作
掃描水錶錶盤圖像，對每個像素點進行如下運算：
if[src(i,j).r)＞120&src(i,j).g＞120&src(i,j).b＞120]
dst(i,j)＝0
其中src(i,j).r、src(i,j).g、src(i,j).b分別依次代表水錶錶盤圖像上像素src(i,j)的紅色、綠色和藍色分量值，120是像素src(i,j)的rgb紅色、綠色和藍色分量值閾值，當像素src(i,j)的紅色、綠色及藍色分量值同時大於閾值120時，將該位置的像素點賦值0並顯示為黑色，獲得去除白色區域後的圖像dst(i,j)；
水錶錶盤圖像中錶盤區域的60％至80％為白色背景顏色，為消除白色區域對圖像二值化處理的幹擾，有效提取最低量級流量標盤上的紅色指針圖像特徵，進行去除白色區域操作。白色區域像素的紅色、綠色和藍色分量值按照近似等比組成，且實際應用環境由於光照影響，較亮白色區域對紅色指針提取的幹擾較大，因此申請人利用上述方案去除錶盤中白色區域。去除水錶錶盤白色雜質，使水錶錶盤圖像顏色更單一化，提高了圖像二值化準確性，保證了有效紅色指針的完整性。
步驟c2、對上述去除白色區域後的圖像進行去除黃色區域操作
利於以下計算公式去除水錶錶盤圖像中黃色區域：
if[dst(i,j).r)＞50&dst(i,j).g＞50]
dst1(i,j)＝0
50是像素dst(i,j)的紅色分量dst(i,j).r和綠色分量dst1(i,j).g的閾值，dst1為去除黃色區域後的水錶錶盤圖像,當像素dst(i,j)的紅色和綠色分量值同時大於閾值50時，將該位置的像素點賦值0並顯示為黑色，獲得去除黃色區域後的圖像dst1(i,j)。
水錶表殼及中罩材料一般採用鉛黃銅，即水錶錶盤圖像中的黃色區域，該黃色包含了紅色分量和綠色分量且紅色分量和綠色分量的比值近似1，由於自然光照影響，水錶錶盤圖像中會產生不同亮度的黃色，該黃色區域對有效紅色指針的提取產生幹擾，去除後水錶錶盤區域顏色更加單一化，進一步提高了步驟d處理圖像的準確度。
所述的步驟d包括如下步驟：
步驟d1、對預處理後的圖片進行灰度化處理
利用紅色通道分量值減去綠色通道分量值的差值作為灰度圖的灰度值，灰度化指圖像由三通道的彩色圖像轉換成單通道的灰度圖像的過程，灰度圖只含亮度信息，不含色彩信息，因此該操作使後續圖像的計算量變少，且仍能反映整幅圖像的整體和局部的色度和亮度級的分布和特徵。對於紅色指針區域的像素點，其紅色分量比藍色和綠色分量值高，因此利用紅色通道分量值減去綠色通道分量值的差值作為灰度圖的灰度值，目的是突出錶盤圖像中紅色指針。其計算公式如下：
dst2(i,j)＝dst1(i,j).r-dst1(i,j).g
dst2為水錶錶盤圖像的灰度圖
圖像灰度化有很多種，如最大值法、平均值法及加權平均法等，該步驟採用水錶錶盤圖像中的紅色通道分量值與綠色通道分量值作差法，該方法突出了水錶錶盤圖像中紅色信息，有利於步驟d2提取完整的紅色指針。
步驟d2、對步驟d1中的灰度圖通過適當的閾值選取獲得仍可反映圖像特徵的二值化圖像
圖像的二值化使圖像變得更簡單，圖像上的像素點的灰度值僅為0和255，不再涉及像素的多級值，圖像數據量減小，能凸顯出感興趣的目標的輪廓。利用otsu全局閾值法來獲得圖像分割閾值，閾值t使目標與背景兩類的類間方差最大，所有灰度大於或等於閾值t的像素被判定為紅色指針，其灰度值為255，所有小於閾值t的像素點判定為背景，灰度值為0；閾值分割表達式如下:
dst3為分割後的二值圖像；
步驟d3、利用八連通域算法提取水錶錶盤中紅色指針區域
圖像二值化不可避免地會將背景區域錯誤地分割為目標區域，為提取水錶錶盤中紅色指針區域，優選的技術方案是，利用八連通域算法統計每個連通域的面積，再根據面積大小提取有效紅色指針區域；根據所選攝像頭解析度大小，保留連通域面積大於1000的連通域，其餘部分像素賦值0，獲得只包含有效紅色指針區域的指針圖。該步驟去除了二值圖像中雜質的幹擾，保證了紅色指針區域的有效性和完整性。
步驟e包括如下步驟：
步驟e1、利用canny算子提取上述指針圖的邊緣，並通過霍夫變換圓檢測算法找出指針圓；霍夫變換圓檢測算法需設置待識別圓半徑範圍參數，通過觀測水錶指針圓半徑與整幅圖像的寬度比將圓半徑最小值設置為整幅圖像寬度的1/20，最大值設置為整幅圖像寬度的1/15。由於霍夫變換依據的是「投票」原則，誰的票數高那麼就說明滿足這個參數的圓形越飽滿，有可能檢測出不是指針圓的假圓。繼續選擇有可能的最低量級的流量標盤上的指針區域，對檢測出的指針圓圓心位置排序，找出圓心列坐標最低圓，然後以其圓心為中心，並選擇該圓半徑5倍的正方形區域作為指針區域，進一步精確定位上述指針位置，利用投影法分割獲得只包含最低量級的流量標盤上的指針區域，即對上述指針為白色，背景為黑色的水錶指針區域先進行垂直投影，即列白色像素個數統計，記錄列白色像素個數由無變有及由有變無的對應列數，並且兩列間距大於水錶指針區域寬度1/6時，該列便為指針區域分界列；在兩列間對圖像進行水平投影，即行白色像素個數統計，記錄行白色像素個數由無變有及由有變無的對應行數，並且兩行間距大於水錶指針區域高度1/8時，該行即為指針區域分界行。將上述行列數作為指針分割位置，完成指針區域的精確定位，獲得只包含最低量級的流量標盤上的指針區域圖dst4；
步驟e2、計算最低量級的流量標盤上的指針的迴轉中心，水錶指針的迴轉中心有且只有一個，迴轉中心即物體的質心(質心是物體的質量中心，是研究物體機械運動的重要參考點)，在理論上，其質心是對物體的質量分布用加權平均法求出的平均中心。水錶指針形狀屬於平面薄片類型，水錶指針質心坐標(center.x，center.y)由以下公式獲得：
dst4(i,j)為在(i,j)位置處像素的灰度值大小，m、n分別代表dst4圖像中識別出的指針像素點在方向i,j上的個數，x、y分別代表質心位置橫縱坐標，由於指針區域圖dst4上像素點的像素值非0即255，而屬於指針的像素點其像素值為255，因此求取指針質心的過程即分別求取屬於指針像素點的橫縱坐標均值的過程。
步驟e3、確定指針指向，指針指向即為指針迴轉中心與指針針尖之間連線方向，由指針的形狀特徵可知，指針針尖所對應的位置均是距離指針迴轉中心最遠的位置，利用逐點掃描法獲得指針上距離指針迴轉中心最遠的距離distance，其計算如下：
其中point為指針上像素點，point.x及point.y為point點所對應的橫坐標和縱坐標，max為所求距離中最大值，以指針圓迴轉中心為圓心，以指針上所有像素點為搜索對象，尋找指針上像素點到迴轉中心距離為[0.9×distance,distance]的像素，計算符合條件的像素點的質心，該質心與指針迴轉中心連線方向即為指針方向；
理論上最遠距離對應的像素點即為指針針尖處，但實際中存在提取指針出現平針針尖情況，這種情況會導致指針方向識別出現誤差，因此利用指針針尖處滿足一定距離的像素點的質心與指針迴轉中心的連線確定為指針方向。以指針圓迴轉中心為圓心，以指針上所有像素點為搜索對象，尋找指針上像素點到迴轉中心距離為[0.9×distance,distance]的像素，計算符合條件的像素點的質心，該質心與指針迴轉中心連線方向即為指針方向。
步驟e4、取dst4圖像中垂直方向為參考零度，計算指針轉過的相對角度θ；以指針圓迴轉中心為原點建立坐標系，通過計算指針方向與坐標垂直方向夾角來獲取指針轉過相對角度，其計算公式如下:
△x＝point.x-center.x
△y＝point.x-center.y
tanθ＝△x/△y
當指針方向連線位於第一象限時，△x＞0，△y＞0，θ＝pi-atan(△x/△y)；當指針方向連線位於第二象限時，△x＞0，△y＜0，θ＝atan(△x/△y)；當△x＝0，△y＞0時說明指針指向y軸正方向θ＝π，當△x＝0，△y＜0時說明指針指向y軸負方向θ＝0；當指針方向連線位於第三象限時，△x＜0，△y＜0，θ＝2×pi-atan(△x/△y)；當指針方向連線位於第四象限時，△x＜0，△y＞0，θ＝pi+atan(△x/△y)；當△x＞0，△y＝0時說明指針指向x軸正方向θ＝π/2，當△x＜0，△y＝0時說明指針指向x軸負方向θ＝3π/2。
f、通過觸發信號控制攝像頭獲取水錶錶盤圖像，計算每個圖像中水錶指針轉過的相對角度，通過比較法計算水錶用水量；
所述的步驟f具體為：水錶檢定期間攝像頭不斷被觸發拍照，按照步驟c-e識別出每張圖像中水錶指針轉過的相對角度θi，其中0≤i≤m，m為自然數，判斷連續兩張圖像中當前圖像水錶指針的相對角度相對於上一張圖像中水錶指針的相對角度，若兩次角度作差差值絕對值小於5°，說明水錶指針沒有轉動；若兩次角度作差差值大於5°，則說明水錶指針正常轉動，水錶總圈數n保持不變；若兩次角度作差差值小於-5°，則說明水錶指針已經轉過一圈，令水錶轉過圈數n＝n+1，且不需要保留兩次角度差值；
具體計算過程如下：
for(i＝1；i≤m；i++)
{if[(θi-θi-1)＜-5]n＝n+1}
其中n為攝像頭最後一次觸發拍照指針轉過的整圈數，水錶用水量用以下公式求得：
c＝[n+(θm-θ0)/360]×n×10
其中c為水錶檢定過程中水錶的總用水量，n為流量標盤對應的量級。
還包括一步驟g，該步驟是將步驟f中得到的水錶流量與水錶標準器的測量值作比較，依據冷水水錶檢定規程判定該水錶是否合格，水錶標準器為標準流量計，標準流量計的測量值通過plc直接讀取。
在開始檢定之前，把水錶串聯在實驗臺上夾緊，將水錶標準器安裝在被檢水錶的同一管道出水端，然後開始所述步驟a至步驟f，在所述步驟f之後，執行步驟g；例如將圖1中口徑為dn20的商用水錶作為被檢水錶，按照《冷水水錶檢定規程》中水錶檢定操作步驟對上述水錶進行檢定。分別採用人工讀表法(最普遍讀表方法)和本實施例的方法對水錶用水量進行計算，實際用水體積由同一標準器獲得，根據誤差計算公式，計算被檢水表示值誤差。在常用流量q3＝4m3/h下，標準器實際用水體積為99.98l，人工讀表法獲取的水錶用水量為101.35l，示值誤差為1.37％；本實施例的方法計算的水錶用水量為100.968l，示值誤差為0.988％。人工讀表誤差一般在1/10-1/3分格之間，即水錶讀數解析度為0.01-0.033升，而本實施例的方法識別誤差為1/36分格，即水錶讀數解析度為0.0027升，因此本實施例的方法獲得的示值誤差精確度及準確性更高。