基于图像处理的指针式仪表示数自动判读算法研究

　　根据p_i点的坐标，设置感兴趣区域大小为h_r×w_r，可以在原图中得到两块备选子区域。以某图像为例，备选子区域如图4所示，针尖一定位于两个子区域中的一个。

2.2 基于LoG算子边缘检测的二值化

　　由于针尖区域内刻度线的边缘特征明显，因此采用基于Laplacian of Guassian(LoG)算子边缘检测的二值化处理方法。设原图像为I(x, y)，边缘检测后输出图像为O(x, y)，则：

(4)

　　其中，;*是卷积符号。将式(4)变换为：

(5)

　　由于，则LoG模板为：

(6)

　　式(6)中参数δ的计算公式为：

(7)

　　其中，Int是取整运算;m是模板宽度，取m=min(h_r , w_r)/7。通过求取O(x, y)中过零点的轨迹即可得到原图像的边缘点，最后的阙值为：

(8)

　　其中，c的取值范围是0~1，是所有边缘点灰度值之和，N是边缘点的总数。

2.3 备选子区域筛选

　　对于二值化处理结果，针尖区域包含了针尖和刻度线。本文的针尖区域远离图像中心，对于第i个备选区域，定义判断值J_i如下：

(9)

　　其中，N_i是二值图中连通域的数目，是所有连通域面积之和，c₀、c₁、c₂是常数。通过计算两块备选区域的判断值，选择判断值较大的区域即可得到针尖所在区域。

2.4 针尖定位

　　在第2.3节的基础上，对针尖定位的步骤是：

　　(1)将仅含指针连通域的ROI_BW逆时针旋转角度i*得到ROI'_BW，从指针连通域所连接边界对侧的边界开始搜索，判断是否出现分叉点。判断方法是：统计该行所有宽度大于2的非零区间的数目，如果有两个这样的区间且距离不小于2，说明存在交叉点。设这一对区间的端点坐标分别是(x₁, x₂)和(x₃, x₄)，则交叉点横坐标为。若逐行搜索至ROI'_BW高度的一半仍未发现分叉，跳至第(4)步。

　　(2)根据将ROI'_BW分为左右两部分，记为l和r，计算两部分连通域的面积s_l和s_r。如果，则在ROI'_BW中将面积较小的一侧置零，跳转至第(4)步。

　　(3)若(2)中条件不满足，分别计算l和r中连通域面积占该连通域外接矩形框面积的比例R_l和R_r，在ROI'_BW中将比例较小的一侧置零。

　　(4)从指针连通域所连接边界对侧的边界开始逐行搜索，找到的第一个非零行的行坐标即针尖位置的纵坐标，将该行竖直投影，投影曲线左右两端非零点的横坐标均值视为针尖位置的横坐标。

　　(5)将ROI'_BW中的针尖坐标变换到ROI_BW，进而得到针尖在原图像I中的针尖坐标。

3 刻度线标记及读数

3.1 基于逐步搜索的刻度线标记

　　定位针尖后，搜索刻度线的步骤为：