[發(fā)明專利]一種變電站指針式儀表讀數(shù)識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010176351.3
• 申請日: 2020-03-13
• 公開（公告）號: CN111507186B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 薄樹奎;荊永菊;鄭小東;趙雪專;邵曉艷
• 申請（專利權(quán)）人: 鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院
• 主分類號: G06V20/00
• 分類號: G06V20/00;G06V10/25;G06V10/24;G06V30/148
• 代理公司: 洛陽公信知識產(chǎn)權(quán)事務(wù)所(普通合伙) 41120
• 代理人: 逯雪峰

本發(fā)明涉及一種變電站指針式儀表讀數(shù)識別方法，包括表盤刻度區(qū)域檢測、數(shù)字位置檢測、識別數(shù)字、指針檢測和讀數(shù)識別，在數(shù)字識別和指針檢測結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行儀表讀數(shù)識別，其中對識別出的數(shù)字進(jìn)行傾斜與回正識別過程能夠驗證刻度區(qū)域檢測的正確性，讀數(shù)識別過程中采用基于刻度數(shù)字的距離計算方法，既保證了識別精度，又具有良好的可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及模式識別領(lǐng)域，具體涉及指針式儀表圖像的刻度和指針讀數(shù)識別與應(yīng)用。

背景技術(shù)

變電站需要大量的儀表來監(jiān)測變電設(shè)備的工作狀態(tài)，由于復(fù)雜的電磁環(huán)境等因素，變電站中的儀表基本上都采用的是模擬式儀表，以及指針讀數(shù)方式；這種指針式儀表需要人工讀數(shù)，因此需要耗費大量的人工，而且讀數(shù)精度受到主觀因素以及天氣因素的干擾；為了提高變電站的自動化管理程度，研究指針式儀表的自動識別與讀數(shù)具有重要的應(yīng)用價值。

指針式儀表自動讀數(shù)系統(tǒng)一般以巡檢機(jī)器人作為平臺，平臺搭載可見光攝像機(jī)、紅外傳感器等多種傳感器，按照規(guī)劃路徑和巡檢拍攝點采集相應(yīng)的儀表圖像，并通過無線傳輸設(shè)備傳送圖像數(shù)據(jù)；儀表自動讀數(shù)識別系統(tǒng)對傳輸過來的圖像進(jìn)行讀數(shù)識別并保存，用于設(shè)備監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析；巡檢機(jī)器人進(jìn)行了合理的路徑規(guī)劃，能夠獲得尺寸和清晰度較好的儀表正視圖像，儀表自動讀數(shù)識別過程可以分為圖像預(yù)處理、表盤檢測、指針檢測、計算指針讀數(shù)等步驟；其中圖像預(yù)處理一般包括消除畸變、去噪、增強(qiáng)以及灰度化等常規(guī)性處理操作；圖像經(jīng)過預(yù)處理后，當(dāng)前的主流方法是先檢測表盤和儀表指針，然后計算指針與儀表零刻線的夾角，再根據(jù)儀表角度量程以及讀數(shù)量程，通過等比例換算得到當(dāng)前儀表的讀數(shù)。

表盤檢測普遍采用的是基于霍夫變換的圓形輪廓檢測算法，通過設(shè)置適當(dāng)?shù)陌霃介撝担舴蜃儞Q檢測出圖像中的圓形輪廓作為表盤檢測結(jié)果；此外研究者還提出了眾多的霍夫變換改進(jìn)方法檢測儀表輪廓，提高了檢測效率和精度。

根據(jù)儀表指針的形狀結(jié)構(gòu)特征，霍夫變換也可以用于檢測出直線作為儀表指針檢測結(jié)果；還有基于圖像分割的儀表指針檢測方法，提取大于一定長度閾值的指針區(qū)域作為指針提取結(jié)果。此外，儀表指針檢測方法還有最小二乘法，剪影法，以及基于視覺顯著性特征識別方法等。基于視覺顯著性特征識別方法利用區(qū)域?qū)Ρ榷取⒖臻g關(guān)系、中心先驗性等視覺顯著性區(qū)域檢測先驗知識, 提取儀表圖像指針區(qū)域。

最常見的指針讀數(shù)計算方法有角度法和距離法；角度法是當(dāng)前應(yīng)用較為普遍的方法，根據(jù)前面檢測到的指針直線來計算指針的斜率，進(jìn)而得到指針?biāo)谥本€的傾斜角度；該方法直接利用直線的幾何關(guān)系進(jìn)行計算，簡單且應(yīng)用廣泛，但是角度法中夾角的測量誤差會導(dǎo)致讀數(shù)誤差較大，并且只能應(yīng)用于均勻刻度的儀表讀數(shù)；距離法首先檢測出所有刻度線，然后找到指針直線左右兩側(cè)最近的兩條刻度線，根據(jù)刻度線所代表的儀表讀數(shù)值，通過計算兩條刻度線上像素點到該指針直線的距離和之比來計算指針讀數(shù)；距離法需要的計算量大，如果刻度線檢測精確，則得到的角度值也較為精確。

在現(xiàn)有指針讀數(shù)識別中，大都是基于指針與零刻度線夾角的方法，這些方法依賴于零刻度線的精確定位，如果零刻度線定位錯誤，后續(xù)精度無法保證，而且，這些方法往往需要有儀表零刻度線和量程的先驗知識，才能通過夾角計算出相對位置得到儀表讀數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供了一種變電站指針式儀表讀書識別方法，從識別刻度線上的數(shù)字著手，采用數(shù)字和刻度線互相驗證的方式進(jìn)行指針讀數(shù)識別，提高了變電站的指針式儀表自動讀數(shù)的穩(wěn)定性和精確性。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種變電站指針式儀表讀數(shù)識別方法，包括如下步驟：

（1）采用基于霍夫變換的圓周檢測方法檢測儀表圖像內(nèi)刻度線所在的初始圓周，同時在初始圓周內(nèi)、外側(cè)檢測一組同心圓以驗證初始圓周檢測的正確性，并實現(xiàn)一定寬度的刻度區(qū)域檢測；

（2）基于同心圓圓心和半徑，在圖像空間以掃描的方式檢測刻度線處的數(shù)字位置，并對檢測出的數(shù)字區(qū)域進(jìn)行圖像摳取；