基于圖像配準與視覺顯著性檢測的指針儀表識別研究.pdf

1、指針儀表具有讀數(shù)直觀、結(jié)構(gòu)簡單、精度高、制造成本低、抗電磁干擾能力強、方便維護等優(yōu)點，在生產(chǎn)實踐中得到了廣泛的應(yīng)用。通常指針儀表沒有數(shù)字通信接口，不能將測量信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，需要依靠人工方式識別儀表示數(shù)。指針儀表示數(shù)識別是一項繁瑣、枯燥、重復(fù)性高的工作。在一些需要大量識別指針儀表讀數(shù)的場景，如電力系統(tǒng)、指針儀表檢定等，獲取儀表示數(shù)的準確與否很大程度上依賴操作員的責(zé)任心與視覺疲勞程度，在識別過程中容易出現(xiàn)失誤與讀數(shù)誤差，若要及時發(fā)現(xiàn)失誤

2、則需要增加工作量，否則可能會造成嚴重的后果。傳統(tǒng)的人工識別指針儀表讀數(shù)方式，不但造成了人力資源的浪費，而且不能達到理想的識別效果。
　　本文利用計算機視覺、圖像處理與模式識別技術(shù)，實現(xiàn)變電站場景中儀表讀數(shù)的自動、準確識別。本文以變電站中常見的指針儀表作為研究的落腳點，以Marr視覺理論為基本理論基礎(chǔ)，重點研究指針儀表識別關(guān)鍵技術(shù)。具體而言，本文研究基于特征的圖像配準技術(shù)，消除指針讀數(shù)識別過程由于儀表圖像變形造成的視覺測量誤差；研究

3、顯著性檢測技術(shù)，檢測不同干擾下的儀表指針區(qū)域；研究指針儀表讀數(shù)識別模型，提高識別儀表示數(shù)的準確性與穩(wěn)定性。本文力求在研究方法和思路上有所突破與創(chuàng)新，主要研究內(nèi)容可以概括為以下四個方面：
　?、籴槍δ壳疤卣鳈z測方法對于包含較大平坦區(qū)域的圖像提取特征魯棒性不高的問題，提出一種基于SURF的鄰域梯度模糊增強的特征檢測算法?；舅悸罚河捎谄教箙^(qū)域圖像梯度特征變化緩慢，提取的特征魯棒性差；對于梯度變化較大的區(qū)域提出的特征魯棒性較高。具體而言

4、：首先，本文計算圖像梯度特征，然后利用圖像梯度直方圖，基于圖像的梯度信息將圖像梯度分為多層，然后構(gòu)造模糊函數(shù)在不同的梯度層次增強圖像的梯度特征；其次，二值化梯度圖像，確定梯度變化最劇烈的位置，使用形態(tài)學(xué)的膨脹操作與閉操作提取具有較大梯度變化的區(qū)域，并在這些區(qū)域提取 SURF特征。實驗結(jié)果表明本文方法提取的圖像特征可以在有較大平坦區(qū)域的儀表圖像上有較高的配準率；同時本文也在公開的圖像數(shù)據(jù)集上驗證了算法，提出的特征檢測方法有較高配準率，可以

5、減少誤匹配對圖像配準參數(shù)的影響。
　　②針對基于特征的圖像配準方法得到的配準參數(shù)不精確、圖像配準效果不佳問題，提出一種基于低秩分解的圖像配準參數(shù)優(yōu)化模型。具體而言：本文依據(jù)計算配準參數(shù)最小的特征點對數(shù)量，計算幾何轉(zhuǎn)換參數(shù)矩陣，然后依據(jù)幾何變換參數(shù)矩陣構(gòu)造低秩模型，獲取優(yōu)化的幾何變換參數(shù)矩陣，并估計內(nèi)點(準確匹配的特征點對)；最后，使用一種簡單的迭代策略計算最優(yōu)的幾何變換參數(shù)。實驗結(jié)果表明本文的圖像配準方法可以得到令人滿意的配準性能

6、（RRMS和EID），能較好消除圖像幾何形變。
　?、坩槍δ壳帮@著性區(qū)域檢測不能較好抑制背景區(qū)域干擾，不能一致的、魯棒的突出顯著性區(qū)域問題，本文提出一種基于吸收馬爾科夫鏈與多特征的顯著性區(qū)域檢測方法。本文構(gòu)造基于吸收馬爾科夫鏈的顯著性檢測模型，基于多特征（對比度、空間位置關(guān)系、背景先驗性等）檢測顯著區(qū)域。具體而言：首先，構(gòu)造函數(shù)計算每個節(jié)點在吸收馬爾科夫鏈上的吸收概率；其次，利用圖像對比度與空間關(guān)系構(gòu)造先驗顯著性模型，該模型可以提

7、供先驗的前景顯著性節(jié)點，然后依據(jù)節(jié)點吸收概率計算每個節(jié)點基于顯著節(jié)點的顯著性；再次，本文利用背景先驗性，提供先驗背景節(jié)點，進而計算每個節(jié)點基于背景節(jié)點的顯著性；最后，本文通過余弦相似性測度融合節(jié)點的兩類顯著性，得到最終的顯著圖。本文在3個公開的圖像數(shù)據(jù)集上（SED）測試提出的顯著性檢測方法，實驗結(jié)果表明本文提出的顯著性檢測方法較11種公開的顯著性檢測方法有更好的魯棒性，更有效。同時也驗證了本文顯著性檢測算法檢測指針區(qū)域的性能，實驗表明，

8、提出的顯著性檢測方法可以魯棒地檢測不同類型儀表的指針區(qū)域。
　?、茚槍δ壳爸羔槂x表讀數(shù)識別模型存在識別精度不高、穩(wěn)定性差的問題，本文提出一種基于指針區(qū)域特征的儀表讀數(shù)識別方法。其基本思想：依據(jù)指針區(qū)域在水平方向與垂直方向上的投影特征設(shè)計指針讀數(shù)識別方法。具體而言，首先利用顯著性區(qū)域檢測方法提取儀表圖像指針區(qū)域；然后依次旋轉(zhuǎn)儀表指針圖像，統(tǒng)計旋轉(zhuǎn)不同角度時儀表指針圖像在縱軸上的投影最大值，計算指針至平行于橫軸需要旋轉(zhuǎn)的角度，并判斷指