[發(fā)明專利]一種基于Faster R-CNN和U-Net的指針式儀表讀數(shù)自動(dòng)識(shí)別方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010071489.7
• 申請(qǐng)日: 2020-01-21
• 公開（公告）號(hào): CN111414934A
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳國強(qiáng);沈建良;管敏淵;樓平;王滌;楊斌;高奧;歸宇;岑富林;陳超;王瑤;趙崇娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國網(wǎng)浙江省電力有限公司湖州供電公司;湖州電力設(shè)計(jì)院有限公司
• 主分類號(hào): G06K9/62
• 分類號(hào): G06K9/62;G06K9/34;G06K9/32;G06N3/04
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務(wù)所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

1.一種基于Faster R-CNN和U-Net的指針式儀表讀數(shù)自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，包括步驟：

S1)采集指針式儀表圖像數(shù)據(jù)集，制作Faster R-CNN數(shù)據(jù)集；

S2)建立Faster R-CNN網(wǎng)絡(luò)模型，利用Faster R-CNN數(shù)據(jù)集對(duì)Faster R-CNN網(wǎng)絡(luò)模型分別進(jìn)行訓(xùn)練和測(cè)試，獲得表盤區(qū)域識(shí)別結(jié)果，所述表盤區(qū)域識(shí)別結(jié)果包括表盤類型、儀表量程和/或儀表單位；

S3)制作U-Net數(shù)據(jù)集，構(gòu)建U-Net網(wǎng)絡(luò)模型，建立損失函數(shù)L并利用U-Net數(shù)據(jù)集對(duì)U-Net網(wǎng)絡(luò)模型分別進(jìn)行訓(xùn)練和測(cè)試，獲得U-Net表盤區(qū)域的刻度線分割結(jié)果，所述刻度線分割結(jié)果包括表盤輪廓中的n個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)；

S4)利用刻度線分割結(jié)果擬合刻度線輪廓，獲得擬合橢圓；

S5)利用透視變換校準(zhǔn)表盤圖像，獲得標(biāo)準(zhǔn)無偏的表盤校準(zhǔn)圖像；

S6)利用Faster R-CNN網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)指針區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，利用U-Net網(wǎng)絡(luò)模型分割出指針區(qū)域的指針像素；

S7)根據(jù)指針像素?cái)M合指針輪廓并獲取表盤校準(zhǔn)圖像的指針傾角，獲得指針式儀表讀數(shù)識(shí)別的最終結(jié)果。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Faster R-CNN和U-Net的指針式儀表讀數(shù)自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，步驟S1)中制作Faster R-CNN數(shù)據(jù)集，包括將Faster R-CNN數(shù)據(jù)集按比例分為Faster R-CNN訓(xùn)練集和Faster R-CNN測(cè)試集，對(duì)Faster R-CNN訓(xùn)練集的每張圖片制作兩份XML文件，所述兩份XML文件包括第一份XML文件和第二份XML文件，所述第一份XML文件記錄訓(xùn)練集每張圖片中表盤區(qū)域的位置和表盤標(biāo)簽，所述表盤標(biāo)簽包括儀表的具體型號(hào)；第二份XML文件記錄訓(xùn)練集每張圖片指針區(qū)域的位置和指針標(biāo)簽。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于Faster R-CNN和U-Net的指針式儀表讀數(shù)自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，步驟S2)中利用Faster R-CNN數(shù)據(jù)集對(duì)Faster R-CNN網(wǎng)絡(luò)模型分別進(jìn)行訓(xùn)練和測(cè)試，包括將訓(xùn)練集和第一份XML文件輸入到Faster R-CNN網(wǎng)絡(luò)模型，調(diào)整FasterR-CNN網(wǎng)絡(luò)模型的參數(shù)，所述參數(shù)包括學(xué)習(xí)率和/或訓(xùn)練輪數(shù)；利用測(cè)試集對(duì)Faster R-CNN網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行測(cè)試。

4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的一種基于Faster R-CNN和U-Net的指針式儀表讀數(shù)自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，步驟S3)包括：

S31)將指針式儀表圖片數(shù)據(jù)集按比例分成U-Net訓(xùn)練集和U-Net測(cè)試集，對(duì)U-Net訓(xùn)練集中的每張圖片制作兩類標(biāo)簽圖像，包括第一類標(biāo)簽圖像和第二類標(biāo)簽圖像，所述第一類標(biāo)簽圖像保留表盤區(qū)域中的刻度線像素，所述第二類標(biāo)簽圖像保留指針區(qū)域中僅屬于指針的像素；

S32)對(duì)標(biāo)簽圖像進(jìn)行預(yù)處理，包括將背景像素類別標(biāo)簽設(shè)為0，目標(biāo)像素類別標(biāo)簽統(tǒng)一設(shè)為1；

S33)在U-Net網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算樣本真實(shí)值和預(yù)測(cè)值的相似度X為圖像像素的真實(shí)標(biāo)簽集合，Y為預(yù)測(cè)標(biāo)簽集合，ε為平滑常數(shù)；

S34)將相似度s作為U-Net網(wǎng)絡(luò)的損失函數(shù)L；

S35)將U-Net訓(xùn)練集和第一類標(biāo)簽圖像輸入到U-Net網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，當(dāng)經(jīng)若干迭代次數(shù)后損失函數(shù)L的值不再減少時(shí)結(jié)束訓(xùn)練，訓(xùn)練結(jié)束后利用U-Net測(cè)試集數(shù)據(jù)對(duì)U-Net網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)試。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于Faster R-CNN和U-Net的指針式儀表讀數(shù)自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，步驟S4)中利用刻度線分割結(jié)果擬合刻度線輪廓，包括：

S41)刻度線分割結(jié)果包括刻度線輪廓，將刻度線輪廓的n個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)記為{x₁,y₁},{x₂,y₂},...,{x_n,y_n}，x_n表示第n個(gè)點(diǎn)的橫坐標(biāo)值，y_n表示第n個(gè)點(diǎn)的縱坐標(biāo)值；S42)建立橢圓方程：Ax²+Bxy+Cy²+Dx+Ey＝1，將刻度線輪廓中的n個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)代入橢圓方程中，求解等式

其中獲得橢圓方程的5個(gè)參數(shù)A、B、C、D和E。