專利名稱：一種指針式汽車儀表自動校驗方法
技術領域：
本發明涉及汽車儀表出廠自動化檢驗技術，尤其涉及一種基于HSI模型和 Hough變換的指針式汽車儀表自動校驗方法。
技術背景主流型指針式汽車儀表生產中，儀表指針校驗是一項十分重復的工作，需 要校驗人員對每個表頭的每個調整刻度點進行校驗。這期間往往會因校驗人員 和前期調表工人對于刻度的準確性尺度不一樣導致儀表重調，諸如此類由于人 為理解因素造成的返工率比較高，嚴重影響了生產效率。而且， 一旦校驗人員 工作過程中稍放松一些，會讓前期的調表錯誤漏檢出去。很多儀表生產廠家都 出現過由于某表頭的某刻度點(以零點偏多)漏檢，造成車上某段區間指針指 示不響應或不準而導致批量退貨的情況。在目前還是以人工生產與校驗占主導 的背景下，無論如何強調管理制度化，也無法完全根除上述情況，這成為國產 化汽車儀表生產批量化質量不高的重要因素之一。因此，對于汽車儀表自動校 驗系統的研究很有必要。并且，隨著步進電機在儀表上的廣泛應用，逐步取代了傳統的線圈驅動方 式。由于步進電機的每一微步為1/12度，儀表指示精度越來越高，這也要求更 高的校驗精度(最大允許誤差要求達到l度)，高精度的自動校驗方法勢必將取 代傳統的人工校驗方法。 發明內容本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種基于HSI模型和Hough 變換的指針式汽車儀表自動校驗方法。本發明的目的是通過以下技術方案來實現的一種基于HSI模型和Hough變換的指針式汽車儀表自動校驗方法，包括以 下步驟(1) 采集汽車儀表盤彩色圖像；(2) 轉換標準模式圖像的顏色模型，從RGB模型轉向HSI模型，利用色調飽和 度分量作為特征參數進行圖像分割，采用Hough圓檢測提取指針中心圓，得到 圓心坐標，又根據表盤半徑確定識別區域;圓心坐標只需檢測一次，其后均采 用相同的圓心坐標來確定識別區域；(3) 轉換待檢測表指針指向各個主要刻度線時的圖像的 色模型，從RGB模型轉向HSI模型，利用色調飽和度分量作為特征參數提取指針，采用Hough直線檢測得到指針所在直線的相關參數；(4) 計算出標準模式圖像指針指向零刻度線時相對于X軸的偏轉角《和待檢測 表盤圖像指針相對于X軸的偏轉角《，根據《和《計算出指針相對于零刻度的偏(5) 指針指向主要刻度線時相對于零刻度的偏轉角^與標準數據做比較，在誤 差允許范圍內允許通過，反之則提示出錯，告之校驗人員該表需要重調。進一步地，所述步驟(1)具體為采用工業CCD相機采集標準模式圖像， 即指針已經正確調零的表盤圖像；接著相繼采集待檢測表指針指向各個主要刻 度線時的圖像；保證相機和被檢測儀表的相對位置固定不變，盡可能使表盤區 域占滿整幅圖像。進一步地，所述步驟(2)具體為將圖像RGB模型轉換為HSI模型后，利 用色調值和飽和度值作為特征參數，提取中心圓，步驟如下(A)圖像二值化選定色調飽和度合適的閾值區間，根據下式對圖像進行二值 化式中g(x,力為二值化后圖像，A為色調值，A和&為色調閾值，s為飽和 度值，&和&為飽和度閾值；(B) 圖像平滑對二值圖像進行高斯濾波、腐蝕操作，消除閾值分割后遺留的 噪聲；(C) 邊緣檢測；(D) Hough圓檢測；(E) 確定圓心后，根據表盤半徑，選取目標圓形區域用以指針識別。 進一步地，所述步驟(3)具體如下(a) 根據指針顏色特征，在RGB顏色空間確定相應的區域；(b) 對該區域計算HSI值，并根據指針特征的先驗信息，設定色調飽和度的分 割閾值；(C)細化腐蝕指針； (d) Hough直線檢測。進一步地，所述步驟(4)具體如下把指針方向用向量來處理，指針靠近中心圓圓心處為起點，坐標設為(x。,y。)，針尖為終點，坐標設為(^,力)，故指針相對于X軸的偏轉角度《如下:
<formula>formula see original document page 6</formula> f0或1;
指針指向零刻度的標準模式圖像，由Hough直線檢測后就可以得到該直線 在x-;;坐標系中相對于x軸的偏轉角度，定義為《。任意待檢測圖像指針相對于 x軸的偏轉角度定義為《；指針相對于零刻度的偏轉角定義為e為
本發明的有益效果是本發明針對汽車儀表盤顏色信息豐富的特征和采集
圖像時目標區域周邊有陰影的現象，將RGB模型下的表盤圖像轉到HSI模型以
消除陰影影響，并利用色調和飽和度分量作為特征參數進行圖像分割，并采用
Hough變換檢測目標，最后分別計算出指針指向主要刻度線時相對于零刻度線的 偏轉角，并與相對應的標準偏轉角比較，若超過允許誤差范圍則返回重調。本發 明專利可有效地提高指針式汽車儀表的校驗正確率與效率，為汽車儀表的自動 化生產提供有力手段。
圖1是本發明指針式汽車儀表自動校驗方法框圖； 圖2是常用汽車儀表盤圖像；
圖3是RGB顏色模型轉化到HSI顏色模型結果圖，其中，(a)是色調#分 量圖像，(b)是飽和度6"分量圖像，(c)是亮度/分量圖像；
圖4是指針中心圓提取結果圖，其中，(a)是二值化圖，(b)是濾波后圖， (c)是邊緣提取圖，(d)是Hough圓檢測圖，(e)是去除背景后的表盤圖像；
圖5是指針提取結果圖，其中，(a)是RGB空間提取區域圖，(b)是HSI 空間提取指針圖，(c)是二值化指針圖，(d)是指針細化圖，(e)是Hough檢 測指針直線圖。
具體實施例方式
目前，國內對汽車儀表自動校驗的研究還很少。有學者針對電表、水表、 電壓表等的讀數進行識別研究，分別采用同心圓環搜索法、Hough變換法、第二 最近法則等，但由于上述方法都是對灰度圖像進行處理，圖像預處理復雜，提 取目標物體不準確，無法達到高精度的要求，并不適用于汽車儀表的自動校驗。
但是，與其它儀表相比，汽車儀表盤有其明顯的特征。指針顏色鮮艷，與 表盤顏色有較大的差異，且指針較細長，容易受光照背景等的干擾，所以本發
明專利提出一種在HSI模型下利用顏色特征來提取指針的方法。同時，為了防 止背景顏色對指針提取的干擾，首先確定識別區域。如附圖2所示為常用汽車 儀表盤圖像， 一般指針式汽車儀表以指針軸心為圓心，以指針長度為半徑，在
一個圓形區域或部分圓形區域內旋轉；但表盤不一定呈圓形，也可能是半圓形，
1/4圓形，方形等；指針中心是一個圓形區域?；谝陨咸卣?，本專利采用提取
指針中心圓確定圓心，并根據表盤半徑確定識別區域的方法，以消除表盤外的 背景對后續處理的干擾，提高校驗精度，減少處理時間。
本發明基于HSI模型和Hough變換的指針式汽車儀表自動校驗方法如附圖1
所示，主要步驟如下
1、 采集汽車儀表盤彩色圖像
采用工業CCD相機采集標準模式圖像，即指針已經正確調零的表盤圖像。
接著相繼采集待檢測表指針指向各個主要刻度線時的圖像。保證相機和被檢測 儀表的相對位置固定不變，盡可能使表盤區域占滿整幅圖像。
2、 轉換標準模式圖像的顏色模型，從RGB模型轉向HSI模型，利用色調飽和度 分量作為特征參數進行圖像分割，采用Hough圓檢測提取指針中心圓，得到圓 心坐標，又根據表盤半徑確定識別區域；圓心坐標只需檢測一次，其后均采用 相同的圓心坐標來確定識別區域
首先，將圖像RGB模型轉換為HSI模型，結果如附圖3所示。
然后，利用色調值和飽和度值作為特征參數，提取中心圓，步驟如下
1)圖像二值化。選定色調飽和度合適的閾值區間對圖像進行二值化，計算公
式由式(1)給出
式中g"力為二值化后圖像，A為色調值，/^和&為色調閾值，^為飽和度 值，&和&為飽和度閾值。閾值可以通過計算色調圖和飽和度圖的直方圖得出。 二值化結果如附圖4 (a)所示。
2) 圖像平滑。對二值圖像進行高斯濾波、腐蝕操作，消除閾值分割后遺留 的噪聲。采用9x9模板進行高斯濾波和半徑為8像素的圓形結構元素進行腐蝕， 平滑后的圖像如附圖4 (b)所示。
3) 邊緣檢測。采用3x3模板的拉普拉斯算子邊緣檢測后的圖像如附圖4 (c)所示。
4) Hough圓檢測。結果如附圖4 (d)所示。5)確定圓心后，根據表盤半徑，選取目標圓形區域用以指針識別，這樣就
消除了背景圖像對后續處理的干擾。去除背景后的表盤圖像如附圖4 (e)所示， 由圖可以看出，背景已經很好的消除，只留下了表盤圖像。
3、 轉換待檢測表指針指向各個主要刻度線時的圖像的顏色模型，從RGB模型轉 向HSI模型，利用色調飽和度分量作為特征參數提取指針，采用Hough直線檢 測得到指針所在直線的相關參數。步驟如下
1) 根據指針顏色特征，在RGB顏色空間確定相應的區域。先在RGB空間進 行閾值分割，可以減少下一步計算HSI值的時間。結果如附圖5 (a)所示。
2) 對該區域計算HSI值，并根據指針特征的先驗信息，設定色調飽和度的 分割閾值。結果如附圖5 (b)所示，由圖可以看出，紅色指針己經很理想的提 取出來了，去除了陰影、表盤背景等其它因素干擾。
3) 細化腐蝕指針。首先將彩色指針圖轉化為灰度圖，并將灰度圖進行閾值 分割得到二值化圖像，如附圖5 (c)所示。為了使Hough直線檢測更為精確， 對較粗的指針做細化處理，結果如附圖5 (d)所示。
4) Hough直線檢測。指針直線檢測結果如附圖5 (e)所示。
4、 計算出標準模式圖像指針指向零刻度線時相對于X軸的偏轉角《和待檢測表 盤圖像指針相對于X軸的偏轉角《，根據&和《計算出指針相對于零刻度的偏轉 角^
把指針方向用向量來處理，指針靠近中心圓圓心處為起點，坐標設為(；少。)， 針尖為終點，坐標設為(A,力)，故指針相對于X軸的偏轉角度《，計算公式由式 (2)給出
《=arctan(^^) ， x=0或1. (2)
如附圖1所示，這是指針指向零刻度的標準模式圖像，由Hough直線檢測 后就可以得到該直線在x-少坐標系中相對于x軸的偏轉角度，定義為《。任意待 檢測圖像指針相對于x軸的偏轉角度定義為《。^和《通過式(2)可以算出， 觀察坐標系(以圖像左上角為原點，水平向右為x方向，垂直向下為y方向) 和儀表圖像可以發現，《e[9(T,27(r]，顯然《e[^,36(T]11
，指針相對于零刻度 的偏轉角定義為^，計算公式由式(3)給出<formula>formula see original document page 8</formula>
5、指針指向主要刻度線時相對于零刻度的偏轉角^與標準數據做比較，在誤差允許范圍內允許通過，反之則提示出錯，告之校驗人員該表需要重調
在系統中建立指針指向主要刻度線中心時指針相對于零刻度線偏轉角標準 值的數據庫。分別得到待測表指針指向主要刻度線時相對于零刻度線的偏轉角《
后，與相對應的標準值比較，當相對誤差小于《時(d直可根據該儀表需要達到
的精度設定)，則認為指針調整正確。當W直與標準值的相對誤差大于,時，則 提示出錯信號，告之校驗人員指針調整錯誤，該表需要返回重調。
權利要求
1、一種基于HSI模型和Hough變換的指針式汽車儀表自動校驗方法，其特征在于，包括以下步驟(1)采集汽車儀表盤彩色圖像。(2)轉換標準模式圖像的顏色模型，從RGB模型轉向HSI模型，利用色調飽和度分量作為特征參數進行圖像分割，采用Hough圓檢測提取指針中心圓，得到圓心坐標，又根據表盤半徑確定識別區域；圓心坐標只需檢測一次，其后均采用相同的圓心坐標來確定識別區域。(3)轉換待檢測表指針指向各個主要刻度線時的圖像的顏色模型，從RGB模型轉向HSI模型，利用色調飽和度分量作為特征參數提取指針，采用Hough直線檢測得到指針所在直線的相關參數。(4)計算出標準模式圖像指針指向零刻度線時相對于X軸的偏轉角θ0和待檢測表盤圖像指針相對于X軸的偏轉角θ1，根據θ0和θ1計算出指針相對于零刻度的偏轉角θ。(5)指針指向主要刻度線時相對于零刻度的偏轉角θ與標準數據做比較，在誤差允許范圍內允許通過，反之則提示出錯，告之校驗人員該表需要重調。
2、 根據權利要求1所述基于HSI模型和Hough變換的指針式汽車儀表自動校驗 方法，其特征在于，所述步驟(1)具體為采用工業CCD相機采集標準模式圖 像，即指針已經正確調零的表盤圖像；接著相繼采集待檢測表指針指向各個主 要刻度線時的圖像；保證相機和被檢測儀表的相對位置固定不變，盡可能使表 盤區域占滿整幅圖像。
3、 根據權利要求1所述基于HSI模型和Hough變換的指針式汽車儀表自動校驗 方法，其特征在于，所述步驟(2)具體為將圖像RGB模型轉換為HSI模型后， 利用色調值和飽和度值作為特征參數，提取中心圓，步驟如下(A)圖像二值化選定色調飽和度合適的閾值區間，根據下式對圖像進行二值 化式中g(x,力為二值化后圖像，A為色調值，A和&為色調閾值，^為飽和 度值，&和&為飽和度閾值。 (B)圖像平滑對二值圖像進行高斯濾波、腐蝕操作，消除閾值分割后遺留的噪聲。(C) 邊緣檢測。(D) Hough圓檢測。(E) 確定圓心后，根據表盤半徑，選取目標圓形區域用以指針識別。
4、 根據權利要求1所述基于HSI模型和Hough變換的指針式汽車儀表自動校驗 方法，其特征在于，所述步驟(3)具體如下(a) 根據指針顏色特征，在RGB顏色空間確定相應的區域。(b) 對該區域計算HSI值，并根據指針特征的先驗信息，設定色調飽和度的分 割閾值。(c) 細化腐蝕指針。(d) Hough直線檢測。
5、 根據權利要求1所述基于HSI模型和Hough變換的指針式汽車儀表自動校驗 方法，其特征在于，所述步驟(4)具體如下把指針方向用向量來處理，指針靠近中心圓圓心處為起點，坐標設為(x。,;;。)， 針尖為終點，坐標設為h，A)，故指針相對于X軸的偏轉角度《如下《=arctan(^^) ， f0或1;指針指向零刻度的標準模式圖像，由Hough直線檢測后就可以得到該直線 在x-y坐標系中相對于x軸的偏轉角度，定義為《。任意待檢測圖像指針相對于 x軸的偏轉角度定義為《；指針相對于零刻度的偏轉角定義為^為
全文摘要
本發明公開了一種基于HSI模型和Hough變換的指針式汽車儀表自動校驗方法。針對汽車儀表盤顏色信息豐富的特征和采集圖像時目標區域周邊有陰影的現象，將RGB模型下的表盤圖像轉到HSI模型以消除陰影影響，并利用色調和飽和度分量作為特征參數進行圖像分割，并采用Hough變換檢測目標，最后分別計算出指針指向主要刻度線時相對于零刻度線的偏轉角，并與相對應的標準偏轉角比較，若超過允許誤差范圍則返回重調。本發明專利可有效地提高指針式汽車儀表的校驗正確率與效率，為汽車儀表的自動化生產提供有力手段。
文檔編號G01D18/00GK101660932SQ20091009965
公開日2010年3月3日 申請日期2009年6月15日 優先權日2009年6月15日
發明者何佩奇, 泓 周, 徐海兒, 耿晨歌 申請人:浙江大學
專業數控銑床產品供應商
20年生產經驗，實力工廠，精工品質，質量有保障
