[發(fā)明專利]一種指針式儀表系統(tǒng)及監(jiān)控方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011231714.5
• 申請(qǐng)日: 2020-11-06
• 公開（公告）號(hào): CN112347929A
• 公開（公告）日: 2021-02-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 易子川;林躍;水玲玲;張崇富;劉黎明;遲鋒;張智;白鵬飛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)中山學(xué)院
• 主分類號(hào): G06K9/00
• 分類號(hào): G06K9/00;G06K9/32;G06K9/46;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 成都君合集專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51228
• 代理人: 尹新路

1.一種指針式儀表系統(tǒng)，其特征在于：包括刻度盤、活動(dòng)指針、磁鐵、軟鐵芯、控制器、電腦、攝像頭、線圈和彈簧，所述電腦是RK3399硬件平臺(tái)的微電腦，攝像頭使用一款內(nèi)置圖像傳感器的普通工業(yè)級(jí)USB攝像頭，其中攝像頭通過(guò)USB接口與電腦相連，系統(tǒng)通過(guò)WIFI模塊或者ETHERNET網(wǎng)口連接網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)TYPE-C接口進(jìn)行供電，使用時(shí)只需要連接供電電源即可正常運(yùn)行。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的指針式儀表系統(tǒng)，其特征在于：RK3399處理器是雙核Cortex-A72大內(nèi)核+四核Cortex-A53小內(nèi)核big.LITTLE大小核架構(gòu)的六核64bits CPU，主頻高達(dá)1.8Ghz，支持WIFI與USB外設(shè)，可以聯(lián)網(wǎng)與外接攝像頭，支持運(yùn)行UBUNTU系統(tǒng)，便于部署PYTHON、OPENCV、TENSORFLOW環(huán)境。

3.一種指針式儀表監(jiān)控方法，其特征在于：電腦通過(guò)攝像頭獲取指針式儀表圖片并使用直方圖正規(guī)化變換算法對(duì)圖像進(jìn)行亮度優(yōu)化和增強(qiáng)對(duì)比度預(yù)處理，然后使用特征識(shí)別算法對(duì)圖片中的指針式儀表區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)并提取相應(yīng)區(qū)域圖像單獨(dú)保存，再使用多層卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)特征圖像分別進(jìn)行數(shù)值讀取預(yù)測(cè)，最后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)同步上傳服務(wù)器。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的指針式儀表監(jiān)控方法，其特征在于：儀表智能監(jiān)控系統(tǒng)由前期模型訓(xùn)練和后期模型調(diào)用組成；前期準(zhǔn)備時(shí)進(jìn)行模型訓(xùn)練，首先使用labelImg分別對(duì)指針式儀表區(qū)域進(jìn)行標(biāo)記，并填上對(duì)應(yīng)標(biāo)簽，保存為相應(yīng)的xml文件；同時(shí)對(duì)圖像進(jìn)行直方圖正規(guī)化變換，使指針式儀表區(qū)域特征更加明顯；然后使用YOLOv3特征識(shí)別算法對(duì)圖像進(jìn)行訓(xùn)練，得到模型A。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的指針式儀表監(jiān)控方法，其特征在于：利用xml標(biāo)簽文件將圖片中指針式儀表區(qū)域部分進(jìn)行截取并調(diào)整大小后分類保存，對(duì)所截取圖片進(jìn)行數(shù)值讀取保存；通過(guò)建立多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對(duì)毫安儀表進(jìn)行數(shù)值讀取訓(xùn)練，得到模型B，對(duì)250伏量程電壓儀表進(jìn)行數(shù)值讀取訓(xùn)練，得到模型C，對(duì)450伏量程電壓儀表進(jìn)行數(shù)值讀取訓(xùn)練，得到模型D；使用時(shí)，通過(guò)RK3399微電腦通過(guò)攝像頭實(shí)時(shí)獲取一幀指針式儀表圖片，使用直方圖正規(guī)化算法變換對(duì)圖像進(jìn)行亮度優(yōu)化和增強(qiáng)對(duì)比度預(yù)處理，然后調(diào)用模型A對(duì)圖片中的指針式儀表區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)，并提取相應(yīng)區(qū)域圖像單獨(dú)保存，再使用多層卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)特征圖像分別進(jìn)行數(shù)值讀取預(yù)測(cè)，最后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳服務(wù)器。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的指針式儀表監(jiān)控方法，其特征在于：儀表智能監(jiān)控系統(tǒng)使用了一款內(nèi)置低照度CMOS圖像傳感器的攝像頭，由于圖像包含有大量像元，其像元灰度值分布應(yīng)符合概率統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，根據(jù)直方圖的形態(tài)可以大致推斷圖像質(zhì)量的好壞，所以對(duì)獲取的圖像先進(jìn)行直方圖正規(guī)化變換預(yù)處理，實(shí)現(xiàn)了圖像灰度的均衡分布，對(duì)提高圖像對(duì)比度、優(yōu)化圖像亮度具有明顯的作用；假設(shè)輸入圖像I高為h，寬為w，將I中出現(xiàn)的最小灰度值記為I_min，出現(xiàn)的最大值記為I_max，為了使輸出圖像O的灰度范圍為[O_min,O_max]，我們利用以下公式(1)計(jì)算：

公式(1)可以被轉(zhuǎn)換成：

其中0≤rh,0≤cw。上述過(guò)程稱為直方圖正規(guī)化變換，因?yàn)樗設(shè)(r,c)∈[O_min,O_max],一般令O_min＝0，O_max＝255。直方圖正規(guī)化變換是一種自動(dòng)選取權(quán)重α、偏差變量β的線性變換方法，其中α,β如公式(3)所示：

O_min＝α*I(r,c)+β (3)

因此可以得到公式(4)-(5)：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的指針式儀表監(jiān)控方法，其特征在于：根據(jù)三基色的重要性及人眼對(duì)不同顏色的敏感，將RGB三個(gè)分量以不同的權(quán)值進(jìn)行加權(quán)平均，按下公式(6)對(duì)RGB三分量進(jìn)行加權(quán)平均，得到儀表區(qū)域灰度圖像，

f(i,j)＝0.299*R(i,j)+0.587*G(i,j)+0.114*B(i,j) (6)。