儀表字符識別系統的照明和圖像處理方法及光源控制裝置的製作方法

2023-06-22 21:12:46 2

專利名稱：儀表字符識別系統的照明和圖像處理方法及光源控制裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種儀表字符識別系統的照明和圖像處理方法及光源控制裝置。
背景技術：
儀表字符的自動識別是機器視覺技術的一種應用，常被用於自動檢測、自動檢定 等系統。它的硬體構成一般包含光源、攝像機和安裝有圖像採集卡的計算機，其中圖像採 集卡和計算機也常由實現同種功能的嵌入式系統代替。自動識別的工作過程是系統工作 前調整好光源的光強和位置等參數，工作時通過攝像機和圖像採集卡攝取被識別對象的圖 像，再通過計算機裡的圖像處理和字符識別程序對圖像中的字符進行識別。字符識別的正確率是自動識別系統的核心指標之一。提高識別率的途徑之一是改 進圖像增強或模式識別算法，以往有大量學術文章公布了這方面的研究成果。但是這類方 法能充分發揮作用的前提是系統已經採集到清晰的儀表字符圖像。為了改善照明條件，提 高所攝圖像的質量，大部分機器視覺系統(包括儀表字符的自動識別系統)都配備了專門 的照明光源。光源調節至最佳照明狀態有兩種方法，一種是靠工程人員根據對圖像質量的主觀 判斷對光源位置和光強進行調節的方法，另一種是自適應調節方法。例如，中國專利公告CN 100441063C(公告日期2008年12月3日)公開了一種機器視覺測量系統中的自適應調整 光強的照明光源裝置。按照該方法，這種光源根據被測物表明的照度主動調節光源輻射光 強，從而避免人主觀判斷的不準確。這種方法的不足之處是，只考慮了光源輻射光強對圖像 質量的影響，而沒有考慮到光照方向對圖像質量的影響。由於很多儀表的顯示屏是光滑表 面，因此當光照方向不適當時，被拍攝物體某一區域可能有大量反射光線進入攝像頭，造成 圖像中的亮斑現象。如果亮斑恰好出現在被識別字符的某一筆畫上，就會造成系統誤判，得 到錯誤的識別結果。因此，有必要研究克服儀表字符的自動識別中的亮斑影響問題。

發明內容
本發明的目的是提供一種儀表字符識別系統的照明和圖像處理方法及光源控制 裝置，以解決現有儀表字符自動識別中的亮斑現象影響識別效果問題。為解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的—、一種應用於儀表字符自動識別系統的照明和圖像處理方法，包含以下步驟a)對被識別對象進行兩次或兩次以上不同方向的照明，在各照明情況下採集同一 被識別對象的圖像；b)對步驟a)採集到的兩次或兩次以上的圖像分別進行濾波和二值化處理；c)利用步驟b)所得二值化圖像的灰度信息，合成一幅新的圖像；d)利用字符識別技術識別圖像中的字符。二、一種應用於儀表字符自動識別系統的光源控制裝置包括攝像機、圖像採集卡、計算機、環形光源和光源主電路，其特徵在於還包括能改變環形光源的角位移執行機構及其驅動電路，角位移執行機構與環形光源連接。所述的角位移執行機構為帶驅動電路的步進電機，支架的一端固定在攝像機上， 支架的另一端固定在步進電機上，步進電機軸上安裝連接塊，連接塊與環形光源側面相連 接，步進電機轉動時，能改變環形光源的光照方向。所述的角位移執行機構包括Y型架和支架，Y型架的一端固定在攝像機上，支架的 另一端安裝第一電磁鐵，Y型架的開叉兩內側面分別安裝第二、第三電磁鐵，第一電磁鐵插 入Y型架開叉兩內側面的第二、第三電磁鐵之間，Y型架中部通過軸承用螺釘與支架轉動連 接，Y型架端部通過連接軸與環形光源側面固接，驅動電路驅動第一電磁鐵與第二、第三電 磁鐵的離合，能改變環形光源的光照方向。所述的攝像機鏡頭主光軸與環形光源圓心同軸安裝。所述的環形光源為環狀LED光源。本發明具有的有益效果是本發明採用轉動的環形光源對被識別對象進行兩次或兩次以上不同方向的照明， 在各照明情況下採集同一被識別對象的圖像；利用多幅圖象獲取的信息合成一幅新的圖 像；利用字符識別技術識別圖像中的字符。此方法結構簡單、成本低，以解決現有儀表字符 自動識別中的亮斑現象影響識別效果問題，提高了儀表字符的識別效率。


圖1是本發明的結構框圖。圖2是本發明實施例1中角位移執行機構結構示意圖。圖3是本發明實施例2中角位移執行機構結構示意圖。圖4是圖3轉動機構的局部爆炸示意圖。圖5是一幅右側有光斑的儀表字符照片經過濾波和二值化後的圖像圖6是一幅左側有光斑的儀表字符照片經過濾波和二值化後的圖像圖7是對圖5和圖6應用本發明方法後得到的圖像圖中1、攝像機，2、圖像採集卡，3、計算機，4、接驅動電路，5、位移執行結構，6、環 形光源，7、被識別儀表，5-1、步進電機，5-2、電磁鐵，5-3、Y型架，5-4、電磁鐵，5_5、電磁鐵， 5-6、軸承，5-7、螺釘。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。如圖1所示，本發明包括攝像機1、圖像採集卡2、計算機3、環形光源6和光源主電 路，其特徵在於還包括能改變環形光源6的角位移執行機構5及其驅動電路4，角位移執 行機構5與環形光源6連接。如圖2所示，所述的角位移執行機構5為帶驅動電路4的步進電機5-1，支架的一 端固定在攝像機1上，支架的另一端固定在步進電機5-1上，步進電機5-1軸上安裝連接 塊，連接塊與環形光源6側面相連接，步進電機5-1轉動時，能改變環形光源6的多個光照 方向。如圖3、圖4所示，所述的角位移執行機構5包括Y型架5-3和支架，Y型架5_3的一端固定在攝像機1上，支架的另一端安裝第一電磁鐵5-2，Y型架5-3的開叉兩內側面分 別安裝第二、第三電磁鐵5-4、5-5，第一電磁鐵5-2插入Y型架5-3開叉兩內側面的第二、第 三電磁鐵5-4、5-5之間，Y型架5-3中部通過軸承5-6用螺釘5_7與支架轉動連接，Y型架 5-3端部通過連接軸與環形光源6側面固接，驅動電路4驅動第一電磁鐵5-2與第二、第三 電磁鐵5-4、5-5的離合，能改變環形光源6的光照方向。上述三個電磁鐵都與驅動電路4相連。驅動電路4的輸出為三路電流，通過控制 輸出電流的通斷及方向，可以使第二電磁鐵5-4和第一電磁鐵5-2相吸或第三電磁鐵5-5 和第一電磁鐵5-2相吸，從而使環形光源6轉動到兩個定點位置上。所述的攝像機1鏡頭主光軸與環形光源6圓心同軸安裝。所述的環形光源6為環狀LED光源。系統運行時，計算機3發送命令給驅動電路，控制步進電機5-1將光源6定位於初 始位置1，然後通過攝像機1和圖像採集卡2採集被識別儀器的第1幅圖像，接著控制電機 轉動一個角度將光源6定位於位置2，採集第2幅圖像，重複此過程N此共採集到N幅圖像。 對上述圖像進行濾波、二值化處理，得到N幅二值圖像。用B和T像素取值分別代表圖像中 的背景色和目標字符色。對於N幅圖像的同一坐標表示的像素點，記有Nb幅圖像的此坐標 像素值為8，有Nt幅圖像的此坐標像素值為T，則合成一幅新的圖像，新圖中此坐標像素點 數值R按下式計算formula see original document page 5最後對合成的新圖像進行識別。圖5是右側有光斑的儀表字符照片經過濾波和二值化後的圖像，圖6是左側有光 斑的儀表字符照片經過濾波和二值化後的圖像，利用基於神經網絡的模板匹配算法對圖5 和圖6進行識別，會出現圖5中的「9」無法識別，圖6中的「3」被錯識別成「1」的情況。在 使用本發明方法後，利用圖5和圖6合成的圖像為圖7，再利用基於神經網絡的模板匹配算 法即可正確識別出儀表字符「35. 9」。
權利要求
一種應用於儀表字符自動識別系統的照明和圖像處理方法，其特徵在於包含以下步驟a)對被識別對象進行兩次或兩次以上不同方向的照明，在各照明情況下採集同一被識別對象的圖像；b)對步驟a)採集到的兩次或兩次以上的圖像分別進行濾波和二值化處理；c)利用步驟b)所得二值化圖像的灰度信息，合成一幅新的圖像；d)利用字符識別技術識別圖像中的字符。
2.按權利1所述方法的一種應用於儀表字符自動識別系統的光源控制裝置，包括攝像 機(1)、圖像採集卡(2)、計算機(3)、環形光源(6)和光源主電路，其特徵在於還包括能改 變環形光源(6)的角位移執行機構(5)及其驅動電路(4)，角位移執行機構(5)與環形光源 (6)連接。
3.根據權利要求3所述的一種應用於儀表字符自動識別系統的光源控制裝置，其特徵 在於所述的角位移執行機構(5)為帶驅動電路(4)的步進電機(5-1)，支架的一端固定在 攝像機(1)上，支架的另一端固定在步進電機(5-1)上，步進電機(5-1)軸上安裝連接塊， 連接塊與環形光源(6)側面相連接，步進電機(5-1)轉動時，能改變環形光源(6)的光照方向。
4.根據權利要求2所述的一種應用於儀表字符自動識別系統的光源控制裝置，其特徵 在於所述的角位移執行機構(5)包括Y型架(5-3)和支架，Y型架(5-3)的一端固定在攝 像機(1)上，支架的另一端安裝第一電磁鐵(5-2)，Y型架(5-3)的開叉兩內側面分別安裝 第二、第三電磁鐵(5-4、5-5)，第一電磁鐵(5-2)插入Y型架(5_3)開叉兩內側面的第二、第 三電磁鐵(5-4、5-5)之間，Y型架(5-3)中部通過軸承(5_6)用螺釘(5_7)與支架轉動連 接，Y型架(5-3)端部通過連接軸與環形光源(6)側面固接，驅動電路⑷驅動第一電磁鐵 (5-2)與第二、第三電磁鐵(5-4、5-5)的離合，能改變環形光源(6)的光照方向。
5.根據權利要求2所述的一種應用於儀表字符自動識別系統的光源控制裝置，其特徵 在於所述的攝像機(1)鏡頭主光軸與環形光源(6)圓心同軸安裝。
6.根據權利要求2所述的一種應用於儀表字符自動識別系統的光源控制裝置，其特徵 在於所述的環形光源(6)為環狀LED光源。
全文摘要
本發明公開了一種儀表字符識別系統的照明和圖像處理方法及光源控制裝置。包括攝像機、圖像採集卡、計算機、環形光源和光源主電路；還包括能改變環形光源的角位移執行機構及其驅動電路，角位移執行機構與環形光源連接。在不同照明情況下採集被識別對象的圖像，對圖像實施濾波和二值化處理，根據二值化圖像的灰度信息合成一幅新的圖像，再利用字符識別技術識別出圖像中的字符。此方法結構簡單、成本低，以解決現有儀表字符自動識別中的亮斑現象影響識別效果問題，提高了儀表字符的識別效率。
文檔編號G06K9/20GK101833659SQ20101016413
公開日2010年9月15日 申請日期2010年5月5日 優先權日2010年5月5日
發明者孫堅, 富雅瓊, 徐紅偉, 鍾紹俊, 陳樂 申請人:中國計量學院